Типы нейронов по функциям: Типы нейронов и их функции таблица

Содержание

6. Строение и функции нейронов

Нейрон (от греч. neuron — нерв) — это структурно-функциональная единица нервной системы. Эта клетка имеет сложное строение, высоко специализирована и по структуре содержит ядро, тело клетки и отростки. В организме человека насчитывается более 100 миллиардов нейронов.

Функции нейронов Как и другие клетки, нейроны должны обеспечивать поддержание собственной структуры и функций, приспосабливаться к изменяющимся условиям и оказывать регулирующее влияние на соседние клетки. Однако основная функция нейронов — это переработка информации: получение, проведение и передача другим клеткам. Получение информации происходит через синапсы с рецепторами сенсорных органов или другими нейронами, или непосредственно из внешней среды с помощью специализированных дендритов. Проведение информации происходит по аксонам, передача — через синапсы.

Строение нейрона

Тело клетки Тело нервной клетки состоит из протоплазмы (цитоплазмы и ядра), снаружи ограничена мембраной из двойного слоя липидов (билипидный слой). Липиды состоят из гидрофильных головок и гидрофобных хвостов, расположены гидрофобными хвостами друг к другу, образуя гидрофобный слой, который пропускает только жирорастворимые вещества (напр. кислород и углекислый газ). На мембране находятся белки: на поверхности (в форме глобул), на которых можно наблюдать наросты полисахаридов (гликокаликс), благодаря которым клетка воспринимает внешнее раздражение, и интегральные белки, пронизывающие мембрану насквозь, в них находятся ионные каналы.

Нейрон состоит из тела диаметром от 3 до 100 мкм, содержащего ядро (с большим количеством ядерных пор) и органеллы (в том числе сильно развитый шероховатый ЭПР с активными рибосомами, аппарат Гольджи), а также из отростков. Выделяют два вида отростков: дендриты и аксон. Нейрон имеет развитый цитоскелет, проникающий в его отростки. Цитоскелет поддерживает форму клетки, его нити служат «рельсами» для транспорта органелл и упакованных в мембранные пузырьки веществ (например, нейромедиаторов). В теле нейрона выявляется развитый синтетический аппарат, гранулярная ЭПС нейрона окрашивается базофильно и известна под названием «тигроид». Тигроид проникает в начальные отделы дендритов, но располагается на заметном расстоянии от начала аксона, что служит гистологическим признаком аксона. Различается антероградный (от тела) и ретроградный (к телу) аксонный транспорт.

Дендриты и аксон

Аксон — обычно длинный отросток, приспособленный для проведения возбуждения от тела нейрона. Дендриты — как правило, короткие и сильно разветвлённые отростки, служащие главным местом образования влияющих на нейрон возбуждающих и тормозных синапсов (разные нейроны имеют различное соотношение длины аксона и дендритов). Нейрон может иметь несколько дендритов и обычно только один аксон. Один нейрон может иметь связи со многими (до 20-и тысяч) другими нейронами. Дендриты делятся дихотомически, аксоны же дают коллатерали. В узлах ветвления обычно сосредоточены митохондрии. Дендриты не имеют миелиновой оболочки, аксоны же могут её иметь. Местом генерации возбуждения у большинства нейронов является аксонный холмик — образование в месте отхождения аксона от тела. У всех нейронов эта зона называется триггерной.

Синапс Синапс — место контакта между двумя нейронами или между нейроном и получающей сигнал эффекторной клеткой. Служит для передачи нервного импульса между двумя клетками, причём в ходе синаптической передачи амплитуда и частота сигнала могут регулироваться. Одни синапсы вызывают деполяризацию нейрона, другие — гиперполяризацию; первые являются возбуждающими, вторые — тормозящими. Обычно для возбуждения нейрона необходимо раздражение от нескольких возбуждающих синапсов.

Структурная классификация нейронов

На основании числа и расположения дендритов и аксона нейроны делятся на безаксонные, униполярные нейроны, псевдоуниполярные нейроны, биполярные нейроны и мультиполярные (много дендритных стволов, обычно эфферентные) нейроны.

Безаксонные нейроны — небольшие клетки, сгруппированы вблизи спинного мозга в межпозвоночных ганглиях, не имеющие анатомических признаков разделения отростков на дендриты и аксоны. Все отростки у клетки очень похожи. Функциональное назначение безаксонных нейронов слабо изучено.

Униполярные нейроны — нейроны с одним отростком, присутствуют, например в сенсорном ядре тройничного нерва в среднем мозге.

Биполярные нейроны

 — нейроны, имеющие один аксон и один дендрит, расположенные в специализированных сенсорных органах — сетчатке глаза, обонятельном эпителии и луковице, слуховом и вестибулярном ганглиях;

Мультиполярные нейроны — Нейроны с одним аксоном и несколькими дендритами. Данный вид нервных клеток преобладает в центральной нервной системе

Псевдоуниполярные нейроны — являются уникальными в своём роде. От тела отходит один отросток, который сразу же Т-образно делится. Весь этот единый тракт покрыт миелиновой оболочкой и структурно представляет собой аксон, хотя по одной из ветвей возбуждение идёт не от, а к телу нейрона. Структурно дендритами являются разветвления на конце этого (периферического) отростка. Триггерной зоной является начало этого разветвления (т. е. находится вне тела клетки). Такие нейроны встречаются в спинальных ганглиях.

Функциональная классификация нейронов По положению в рефлекторной дуге различают афферентные нейроны (чувствительные нейроны), эфферентные нейроны (часть из них называется двигательными нейронами, иногда это не очень точное название распространяется на всю группу эфферентов) и интернейроны (вставочные нейроны).

Афферентные нейроны (чувствительный, сенсорный или рецепторный). К нейронам данного типа относятся первичные клетки органов чувств и псевдоуниполярные клетки, у которых дендриты имеют свободные окончания.

Эфферентные нейроны (эффекторный, двигательный или моторный). К нейронам данного типа относятся конечные нейроны — ультиматные и предпоследние – неультиматные.

Ассоциативные нейроны (вставочные или интернейроны) — эта группа нейронов осуществляет связь между эфферентными и афферентными, их делят на комиссуральные и проекционные (головной мозг).

Морфологическая классификация нейронов Морфологическое строение нейронов многообразно. В связи с этим при классификации нейронов применяют несколько принципов:

учитывают размеры и форму тела нейрона,

количество и характер ветвления отростков,

длину нейрона и наличие специализированные оболочки.

По форме клетки, нейроны могут быть сферическими, зернистыми, звездчатыми, пирамидными, грушевидными, веретеновидными, неправильными и т. д. Размер тела нейрона варьирует от 5 мкм у малых зернистых клеток до 120-150 мкм у гигантских пирамидных нейронов. Длина нейрона у человека составляет от 150 мкм до 120 см. По количеству отростков выделяют следующие морфологические типы нейронов: — униполярные (с одним отростком) нейроциты, присутствующие, например, в сенсорном ядре тройничного нерва в среднем мозге; — псевдоуниполярные клетки, сгруппированные вблизи спинного мозга в межпозвоночных ганглиях; — биполярные нейроны (имеют один аксон и один дендрит), расположенные в специализированных сенсорных органах — сетчатке глаза, обонятельном эпителии и луковице, слуховом и вестибулярном ганглиях; — мультиполярные нейроны (имеют один аксон и несколько дендритов), преобладающие в ЦНС.

Развитие и рост нейрона Нейрон развивается из небольшой клетки — предшественницы, которая перестаёт делиться ещё до того, как выпустит свои отростки. (Однако, вопрос о делении нейронов в настоящее время остаётся дискуссионным.) Как правило, первым начинает расти аксон, а дендриты образуются позже. На конце развивающегося отростка нервной клетки появляется утолщение неправильной формы, которое, видимо, и прокладывает путь через окружающую ткань. Это утолщение называется конусом роста нервной клетки. Он состоит из уплощенной части отростка нервной клетки с множеством тонких шипиков. Микрошипики имеют толщину от 0,1 до 0,2 мкм и могут достигать 50 мкм в длину, широкая и плоская область конуса роста имеет ширину и длину около 5 мкм, хотя форма её может изменяться. Промежутки между микрошипиками конуса роста покрыты складчатой мембраной. Микрошипики находятся в постоянном движении — некоторые втягиваются в конус роста, другие удлиняются, отклоняются в разные стороны, прикасаются к субстрату и могут прилипать к нему. Конус роста заполнен мелкими, иногда соединёнными друг с другом, мембранными пузырьками неправильной формы. Непосредственно под складчатыми участками мембраны и в шипиках находится плотная масса перепутанных актиновых филаментов. Конус роста содержит также митохондрии, микротрубочки и нейрофиламенты, имеющиеся в теле нейрона. Вероятно, микротрубочки и нейрофиламенты удлиняются главным образом за счёт добавления вновь синтезированных субъединиц у основания отростка нейрона. Они продвигаются со скоростью около миллиметра в сутки, что соответствует скорости медленного аксонного транспорта в зрелом нейроне.

Поскольку примерно такова и средняя скорость продвижения конуса роста, возможно, что во время роста отростка нейрона в его дальнем конце не происходит ни сборки, ни разрушения микротрубочек и нейрофиламентов. Новый мембранный материал добавляется, видимо, у окончания. Конус роста — это область быстрого экзоцитоза и эндоцитоза, о чём свидетельствует множество находящихся здесь пузырьков. Мелкие мембранные пузырьки переносятся по отростку нейрона от тела клетки к конусу роста с потоком быстрого аксонного транспорта. Мембранный материал, видимо, синтезируется в теле нейрона, переносится к конусу роста в виде пузырьков и включается здесь в плазматическую мембрану путём экзоцитоза, удлиняя таким образом отросток нервной клетки. Росту аксонов и дендритов обычно предшествует фаза миграции нейронов, когда незрелые нейроны расселяются и находят себе постоянное место.

Нервная ткань. Нейрон. Синапс. Нервы — урок. Биология, Человек (8 класс).

Нервная система выполняет ряд важных функций:

  • обеспечивает связь организма с окружающим миром;
  • управляет работой всех органов; 
  • координирует функционирование всех систем органов, обеспечивая их согласованную работу.

Нервная ткань

Нервная ткань отличается от других тканей нашего организма тем, что обладает особыми свойствами — возбудимостью и проводимостью. Эти свойства нервной ткани обусловлены особенностями её строения.

 

В состав нервной ткани входят клетки двух видов. Основные функции выполняют нейроны, а клетки-спутники (клетки нейроглии) служат опорой и обеспечивают обмен веществ.

 

Рис. \(1\). Нервная ткань

 

Функции нейронов: генерирование и передача нервных импульсов; обработка и хранение поступающей информации.

Нервный импульс — это волна возбуждения (биоэлектрическая волна), распространяющаяся по нервным клеткам.

Строение нейрона

Нейрон — основная клетка  нервной ткани. Он имеет тело и отростки двух типов. В теле нейрона располагается ядро и органоиды, а по отросткам передаются нервные импульсы.

Дендриты — это отростки, по которым нервные импульсы передаются к телу нейрона. Эти отростки сильно ветвятся. У нейрона может быть несколько дендритов.

Аксон — это отросток, по которому импульсы передаются от тела клетки. Аксон обычно ветвится только на конце. У каждого нейрона всего один аксон.


Рис. \(2\). Строение нейрона

 

Аксоны часто окружены оболочкой из жироподобного вещества миелина. Это вещество имеет белый цвет. Скопления миелинизированных аксонов образуют белое вещество головного и спинного мозга. Тела нервных клеток и дендриты не покрыты миелином. Они серого цвета, а их группы составляют серое вещество центральной нервной системы.

Передача нервных импульсов с одной клетки на другую происходит в синапсах.

Синапс — это место контакта между двумя нейронами или между нейроном и  клеткой рабочего органа.

Главными элементами синапса являются мембраны двух клеток (пресинаптическая и постсинаптическая мембраны) и пространство между ними (синаптическая щель).

 

Рис. \(3\). Строение синапса

 

В аксоне пресинаптического нейрона вырабатывается медиатор — особое вещество, с  помощью которого происходит передача нервного импульса.

 

Под действием нервного импульса медиатор выделяется в синаптическую щель. Рецепторы постсинаптической мембраны реагируют на его появление и генерируют возникновение нервного импульса в следующем нейроне. Так в синапсе происходит химическая передача возбуждения с одной клетки на другую.

Типы нейронов

Нейроны различаются по своему строению и выполняемым функциям.

 

Рис. \(4\). Виды нейронов

 

По выполняемым функциям выделяют три типа нейронов.

 

Чувствительные (сенсорные) нейроны проводят информацию от органов в мозг. Тела таких нейронов находятся в нервных узлах вне центральной нервной системы.

 

Другая группа нейронов передаёт информацию от головного и спинного мозга к органам. Это двигательные (моторные) нейроны. Их тела находятся в сером веществе центральной нервной системы, а аксоны находятся за пределами ЦНС.

 

Третий вид нейронов осуществляет связь между чувствительными и двигательными нейронами. Это вставочные нейроны, они находятся в головном и спинном мозге.

Скопление нейронов в головном или спинном мозге называют ядром.

 

Рис. \(5\). Типы нейронов и синапсы

Связь между органами и центральной нервной системой осуществляется через нервы.

 

Нерв — это орган, в состав которого входят пучки нервных волокон, покрытые соединительнотканной оболочкой.

 

Рис. \(6\). Нерв

 

Нервы выполняют проводниковую функцию. Они связывают головной и спинной мозг с кожей, органами чувств и с внутренними органами.

 

Нервы бывают чувствительные, двигательные и смешанные.

 

Чувствительные нервы проводят нервные импульсы от рецепторов в мозг. В их состав входят дендриты чувствительных нейронов.

 

Двигательные нервы состоят из аксонов двигательных нейронов. Их функция — проведение импульсов от мозга к рабочим органам.  

 

Смешанные нервы образованы чувствительными и двигательными волокнами и способные проводить импульсы как к ЦНС, так и от ЦНС.

Нервные сплетения представлены сетчатыми скоплениями нервных волокон разных нервов, связывающих ЦНС с внутренними органами, скелетными мышцами и кожей.

Наиболее известное солнечное сплетение находится в брюшной полости.

Источники:

Рис. 1. Нервная ткань https://image.shutterstock.com/image-photo/mammalian-nervous-tissue-under-microscope-600w-74170234.jpg

Рис. 2. Строение нейрона  https://image.shutterstock.com/image-vector/education-chart-biology-nerve-cell-600w-661087429.jpg

Рис. 3. Строение синапса https://image.shutterstock.com/image-illustration/gap-between-two-nerve-cells-600w-1284912691.jpg

Рис. 4. Виды нейронов https://image.shutterstock.com/image-illustration/different-kinds-neurons-scheme-structure-600w-138356969.jpg

Рис. 5. Типы нейронов и синапсы  © ЯКласс

Рис. 6. Нерв https://image.shutterstock.com/image-illustration/nerve-structure-anatomy-600w-1041115012.jpg

Создан самый подробный перечень типов клеток в коре головного мозга // Смотрим

Нейробиологи опубликовали результаты 15 лет работы по самой масштабной на сегодняшний день переписи нейронов в коре мозга млекопитающего.

Нейробиологи опубликовали результаты 15 лет работы по самой масштабной на сегодняшний день переписи нейронов в коре мозга млекопитающего. Итоги исследования подведены в научной статье, опубликованной в журнале Nature группой во главе с Хункуй Цзэн (Hongkui Zeng) из Алленовского института наук о мозге в США.

Мозг млекопитающего – необычайно сложная система. И дело не только в количестве нейронов, которых только у мыши порядка ста миллионов, а у человека ещё в тысячу раз больше. Нервные клетки делятся на множество типов по строению и, вероятно, функциям. Каждая достаточно масштабная «перепись» открывает новые виды нейронов.

Клетки можно классифицировать по разным параметрам. Один из самых прогрессивных на сегодняшний день подходов заключается в том, чтобы учитывать, какие гены в каком нейроне работают (или, как говорят специалисты, экспрессируются).

Напомним, что все клетки организма имеют одну и ту же ДНК. Строение и функции клетки зависят от того, какие гены в ней включаются, а какие «молчат». В зависимости от этого клетка вырабатывает разные белки, а эти белки выполняют разные функции.

Картина экспрессии генов (то есть генов «включённых» и «выключенных») определяет, станет ли клетка частью нервной ткани, мышечной и так далее. Она же создаёт и более тонкие различия, например, между типами нейронов, что в данной работе и интересовало исследователей.

Разумеется, проанализировать все клетки мозга мыши или даже его коры учёным было бы не под силу. Они предпочли детально исследовать два участка мозга, имеющих важные функции.

Во-первых, это первичная зрительная кора — регион мозга, в который первым делом попадает сигнал зрительных нервов. Здесь необработанная информация разделяется на данные о форме, цвете и движении. Форма объектов распознается здесь же, а остальные сведения передаются более глубоким слоям мозга.

Вторым участком исследования стала передняя боковая моторная кора. Она участвует в управлении движением.

Всего биологи проанализировали экспрессию генов почти в 24 тысячах нейронов (путём секвенирования РНК одиночных клеток).

Основываясь на картине экспрессии, они разделили «кирпичики мозга» на 133 типа. Некоторые из этих видов нейронов уже были известны по предыдущим исследованиям. Но было открыто также множество новых и редких типов нервных клеток.

«Это, безусловно, самый полный, самый глубокий анализ любых областей коры у любого вида», – заявляет Цзэн.

Команда определяла, экспрессируется ли в клетке тот или иной ген. Полный перечень проверенных генов для каждой клетки насчитывал десятки тысяч пунктов.

«Только благодаря новейшим достижениям в области технологий мы можем измерить активность стольких генов в одной клетке», – говорит первый автор статьи Босилька Тасич (Bosiljka Tasic), также из Алленовского института.

Полученные данные уже привели другую команду исследователей к интересным выводам о работе клеток в моторной коре. Так, биологи обнаружили, что в «планировании» движений участвует один тип клеток, а команду мышцам отдаёт другой. При этом биологи дополнительную информацию о форме нейрона. Эти результаты опубликованы в отдельной научной статье, также вышедшей в журнале Nature.

«Мы работаем над изучением не только экспрессии генов, но и многих других свойств клетки, в том числе её функций, которые являются наиболее неуловимыми, самыми трудными для определения», – говорит Тасич. 

В настоящее время исследователи работают над тем, чтобы расширить свои представления о нейронах, изучив и другие области коры. Впрочем, они ожидают, что там встретятся в основном те же типы клеток.

«Имея все эти данные, мы можем начать изучать новые принципы организации мозга и, в конечном итоге, понять то, как он работает», – резюмирует Цзэн.

Напомним, что ранее «Вести.Наука» (nauka.vesti.ru) писали о самой подробной карте областей человеческого мозга, карте межнейронных связей млекопитающего и подсчёте числа нейронов в мозге кошек и собак.

Искусственный нейрон — это… Что такое Искусственный нейрон?

Схема искусственного нейрона
1.Нейроны, выходные сигналы которых поступают на вход данному
2.Сумматор входных сигналов
3.Вычислитель передаточной функции
4.Нейроны, на входы которых подаётся выходной сигнал данного
5. — веса входных сигналов

Иску́сственный нейро́н (Математический нейрон Маккалока — Питтса, Формальный нейрон[1]) — узел искусственной нейронной сети, являющийся упрощённой моделью естественного нейрона. Математически, искусственный нейрон обычно представляют как некоторую нелинейную функцию от единственного аргумента — линейной комбинации всех входных сигналов. Данную функцию называют функцией активации[2] или функцией срабатывания, передаточной функцией. Полученный результат посылается на единственный выход. Такие искусственные нейроны объединяют в сети — соединяют выходы одних нейронов с входами других. Искусственные нейроны и сети являются основными элементами идеального нейрокомпьютера.[3]

Биологический прототип

Биологический нейрон состоит из тела диаметром от 3 до 100 мкм, содержащего ядро (с большим количеством ядерных пор) и другие органеллы (в том числе сильно развитый шероховатый ЭПР с активными рибосомами, аппарат Гольджи), и отростков. Выделяют два вида отростков. Аксон — обычно длинный отросток, приспособленный для проведения возбуждения от тела нейрона. Дендриты — как правило, короткие и сильно разветвлённые отростки, служащие главным местом образования влияющих на нейрон возбуждающих и тормозных синапсов (разные нейроны имеют различное соотношение длины аксона и дендритов). Нейрон может иметь несколько дендритов и обычно только один аксон. Один нейрон может иметь связи с 20-ю тысячами других нейронов. Кора головного мозга человека содержит 10—20 миллиардов нейронов.

История развития

Математическая модель искусственного нейрона была предложена У. Маккалоком и У. Питтсом вместе с моделью сети, состоящей из этих нейронов. Авторы показали, что сеть на таких элементах может выполнять числовые и логические операции[4]. Практически сеть была реализована Фрэнком Розенблаттом в 1958 году как компьютерная программа, а впоследствии как электронное устройство — перцептрон. Первоначально нейрон мог оперировать только с сигналами логического нуля и логической единицы[5], поскольку был построен на основе биологического прототипа, который может пребывать только в двух состояниях — возбужденном или невозбужденном. Развитие нейронных сетей показало, что для расширения области их применения необходимо, чтобы нейрон мог работать не только с бинарными, но и с непрерывными (аналоговыми) сигналами. Такое обобщение модели нейрона было сделано Уидроу и Хоффом[6], которые предложили в качестве функции срабатывания нейрона использовать логистическую кривую.

Связи между искусственными нейронами

Связи, по которым выходные сигналы одних нейронов поступают на входы других, часто называют синапсами по аналогии со связями между биологическими нейронами. Каждая связь характеризуется своим весом. Связи с положительным весом называются возбуждающими, а с отрицательным — тормозящими[7]. Нейрон имеет один выход, часто называемый аксоном по аналогии с биологическим прототипом. С единственного выхода нейрона сигнал может поступать на произвольное число входов других нейронов.

Математическая модель

Математически нейрон представляет собой взвешенный сумматор, единственный выход которого определяется через его входы и матрицу весов следующим образом:

, где

Здесь и  — соответственно сигналы на входах нейрона и веса входов, функция u называется индуцированным локальным полем, а f(u) — передаточной функцией. Возможные значения сигналов на входах нейрона считают заданными в интервале . Они могут быть либо дискретными (0 или 1), либо аналоговыми. Дополнительный вход и соответствующий ему вес используются для инициализации нейрона[8]. Под инициализацией подразумевается смещение активационной функции нейрона по горизонтальной оси, то есть формирование порога чувствительности нейрона[5]. Кроме того, иногда к выходу нейрона специально добавляют некую случайную величину, называемую сдвигом. Сдвиг можно рассматривать как сигнал на дополнительном, всегда нагруженном, синапсе.

Передаточная функция нейрона

Передаточная функция f(u) определяет зависимость сигнала на выходе нейрона от взвешенной суммы сигналов на его входах. В большинстве случаев она является монотонно возрастающей и имеет область значений или , однако существуют исключения. Также для некоторых алгоритмов обучения сети необходимо, чтобы она была непрерывно дифференцируемой на всей числовой оси[8]. Искусственный нейрон полностью характеризуется своей передаточной функцией. Использование различных передаточных функций позволяет вносить нелинейность в работу нейрона и в целом нейронной сети.

Классификация нейронов

В основном, нейроны классифицируют на основе их положения в топологии сети. Разделяют:

  • Входные нейроны — принимают исходный вектор, кодирующий входной сигнал. Как правило, эти нейроны не выполняют вычислительных операций, а просто передают полученный входной сигнал на выход, возможно, усилив или ослабив его;
  • Выходные нейроны — представляют из себя выходы сети. В выходных нейронах могут производиться какие-либо вычислительные операции;
  • Промежуточные нейроны — выполняют основные вычислительные операции[9].

Основные типы передаточных функций

Линейная функция активации с насыщением

Линейная передаточная функция

Сигнал на выходе нейрона линейно связан со взвешенной суммой сигналов на его входе.

, где t — параметр функции. В искусственных нейронных сетях со слоистой структурой нейроны с передаточными функциями такого типа, как правило, составляют входной слой. Кроме простой линейной функции могут быть использованы её модификации. Например полулинейная функция (если её аргумент меньше нуля, то она равна нулю, а в остальных случаях, ведет себя как линейная) или шаговая (линейная функция с насыщением), которую можно выразить формулой[10]:

При этом возможен сдвиг функции по обеим осям (как изображено на рисунке).

Недостатками шаговой и полулинейной активационных функций относительно линейной можно назвать то, что они не являются дифференцируемыми на всей числовой оси, а значит не могут быть использованы при обучении по некоторым алгоритмам.

Пороговая функция активации

Пороговая передаточная функция

Другое название — Функция Хевисайда. Представляет собой перепад. До тех пор пока взвешенный сигнал на входе нейрона не достигает некоторого уровня  — сигнал на выходе равен нулю. Как только сигнал на входе нейрона превышает указанный уровень — выходной сигнал скачкообразно изменяется на единицу. Самый первый представитель слоистых искусственных нейронных сетей — перцептрон[11] состоял исключительно из нейронов такого типа[5]. Математическая запись этой функции выглядит так:

Здесь  — сдвиг функции активации относительно горизонтальной оси, соответственно под следует понимать взвешенную сумму сигналов на входах нейрона без учёта этого слагаемого. Ввиду того, что данная функция не является дифференцируемой на всей оси абсцисс, её нельзя использовать в сетях, обучающихся по алгоритму обратного распространения ошибки и другим алгоритмам, требующим дифференцируемости передаточной функции.

Сигмоидальная функция активации

Сигмоидальная передаточная функция

Один из самых часто используемых, на данный момент, типов передаточных функций. Введение функций сигмоидального типа было обусловлено ограниченностью нейронных сетей с пороговой функцией активации нейронов — при такой функции активации любой из выходов сети равен либо нулю, либо единице, что ограничивает использование сетей не в задачах классификации. Использование сигмоидальных функций позволило перейти от бинарных выходов нейрона к аналоговым[12]. Функции передачи такого типа, как правило, присущи нейронам, находящимся во внутренних слоях нейронной сети.

Логистическая функция

Математически эту функцию можно выразить так:

Здесь t — это параметр функции, определяющий её крутизну. Когда t стремится к бесконечности, функция вырождается в пороговую. При сигмоида вырождается в постоянную функцию со значением 0,5. Область значений данной функции находится в интервале (0,1). Важным достоинством этой функции является простота её производной:

То, что производная этой функции может быть выражена через её значение облегчает использование этой функции при обучении сети по алгоритму обратного распространения[13]. Особенностью нейронов с такой передаточной характеристикой является то, что они усиливают сильные сигналы существенно меньше, чем слабые, поскольку области сильных сигналов соответствуют пологим участкам характеристики. Это позволяет предотвратить насыщение от больших сигналов[14].

Гиперболический тангенс

Использование функции гиперболического тангенса

отличается от рассмотренной выше логистической кривой тем, что его область значений лежит в интервале (-1;1). Так как верно соотношение

,

то оба графика отличаются лишь масштабом осей. Производная гиперболического тангенса, разумеется, тоже выражается квадратичной функцией значения; свойство противостоять насыщению имеет место точно также.

Радиально-базисная функция передачи

[15]

Этот тип функций принимает в качестве аргумента расстояние между входным вектором и некоторым наперед заданным центром активационной функции. Значение этой функции тем выше, чем ближе входной вектор к центру[16]. В качестве радиально-базисной можно, например, использовать функцию Гаусса:

Здесь  — расстояние между центром и вектором входных сигналов . Скалярный параметр определяет скорость спадания функции при удалении вектора от центра и называется шириной окна, параметр определяет сдвиг активационной функции по оси абсцисс. Сети с нейронами, использующими такие функции, называются RBF-сетями. В качестве расстояния между векторами могут быть использованы различные метрики[17], обычно используется евклидово расстояние:

Здесь  — j-я компонента вектора, поданного на вход нейрона, а  — j-я компонента вектора, определяющего положение центра передаточной функции. Соответственно, сети с такими нейронами называются вероятностными и регрессионными[18].

В реальных сетях активационная функция этих нейронов может отражать распределение вероятности какой-либо случайной величины, либо обозначать какие-либо эвристические зависимости между величинами.

Другие функции передачи

Перечисленные выше функции составляют лишь часть от множества передаточных функций, используемых на данный момент. В число других передаточных функций входят такие как[19]:

  • Экспонента ;
  • Тригонометрический синус;
  • Модульная: ;
  • Квадратичная.

Стохастический нейрон

Выше описана модель детерминистического искусственного нейрона, то есть состояние на выходе нейрона однозначно определено результатом работы сумматора входных сигналов. Рассматривают также стохастические нейроны, где переключение нейрона происходит с вероятностью, зависящей от индуцированного локального поля, то есть передаточная функция определена как

где распределение вероятности обычно имеет вид сигмоида

a нормировочная константа вводится для условия нормализации распределения вероятности . Таким образом, нейрон активируется с вероятностью P(u). Параметр T — аналог температуры (но не температуры нейрона!) и определяет беспорядок в нейронной сети. Если Т устремить к 0, стохастический нейрон перейдет в обычный нейрон с передаточной функцией Хевисайда (пороговой функцией).

Моделирование формальных логических функций

Нейрон с пороговой передаточной функцией может моделировать различные логические функции. Изображения иллюстрируют, каким образом можно, задав веса входных сигналов и порог чувствительности, заставить нейрон выполнять конъюнкцию(логическое «И») и дизъюнкцию(логическое «ИЛИ») над входными сигналами, а также логическое отрицание входного сигнала[20]. Этих трех операций достаточно, чтобы смоделировать абсолютно любую логическую функцию любого числа аргументов.

Схема нейрона, настроенного на моделирование логического «И»  

Схема нейрона, настроенного на моделирование логического «ИЛИ»  

Схема нейрона, настроенного на моделирование логического «НЕ»  

Примечания

  1. ↑ Л. Г. Комарцова, А. В. Максимов «Нейрокомпьютеры», МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004 г., ISBN 5-7038-2554-7
  2. ↑ По аналогии с нейронами активации
  3. ↑ Миркес Е. М., Нейрокомпьютер. Проект стандарта. — Новосибирск: Наука, 1999. — 337 с. ISBN 5-02-031409-9
  4. ↑ В статье McCulloch W.S., Pitts W. A logical Calculus of Ideas Immanent in Nervous Activity — Bull. Mathematical Biophysics, 1943 online
  5. ↑ 1 2 3 Л. Н. Ясницкий, «Введение в искусственный интеллект», Изд. Академия, 2005 г., ISBN 5-7695-1958-4; стр.29
  6. ↑ В работе Widrow B., Hoff M.E. Adaptive switching circuits. 1960 IRE WESTCON Conferencion Record. — New York, 1960
  7. ↑ В. В. Круглов, В. В. Борисов — Искусственные нейронные сети. Теория и практика — с.11
  8. ↑ 1 2 В. А. Терехов — Нейросетевые системы управления — с.12-13
  9. ↑ В. В. Круглов, В. В. Борисов — Искусственные нейронные сети. Теория и практика — с.14
  10. ↑ В. В. Круглов, В. В. Борисов — Искусственные нейронные сети. Теория и практика — с.12
  11. ↑ Очень часто в литературе можно встретить название персептрон
  12. ↑ Л. Н. Ясницкий — Введение в искусственный интеллект — с.34
  13. ↑ CIT forum — Нейрокомпьютеры — архитектура и реализация
  14. ↑ В. В. Круглов, В. В. Борисов — Искусственные нейронные сети. Теория и практика — с.13
  15. ↑ В литературе часто встречается сокращение RBF, порождённое английским названием
  16. ↑ Л. Н. Ясницкий — Введение в искусственный интеллект — с.77
  17. ↑ В. В. Круглов, В. В. Борисов — Искусственные нейронные сети. Теория и практика — с.349
  18. ↑ В. В. Круглов, В. В. Борисов — Искусственные нейронные сети. Теория и практика — с.348
  19. ↑ Text
  20. ↑ Л. Н. Ясницкий — Введение в искусственный интеллект — c.30

Литература

  • Терехов В.А., Ефимов Д.В., Тюкин И.Ю. Нейросетевые системы управления. — 1-е. — Высшая школа, 2002. — С. 184. — ISBN 5-06-004094-1
  • Круглов В. В., Борисов В. В. Искусственные нейронные сети. Теория и практика. — 1-е. — М.: Горячая линия — Телеком, 2001. — С. 382. — ISBN 5-93517-031-0
  • Каллан Р. Основные концепции нейронных сетей = The Essence of Neural Networks First Edition. — 1-е. — «Вильямс», 2001. — С. 288. — ISBN 5-8459-0210-X
  • Ясницкий Л.Н. Введение в искусственный интеллект. — 1-е. — Издательский центр «Академия», 2005. — С. 176. — ISBN 5-7695-1958-4
  • Комарцова Л. Г., Максимов А. В. Нейрокомпьютеры. — 1-е. — Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. — С. 320. — ISBN 5-7038-1908-3
  • Савельев А. В. Концепция многопроцессорного нейрона // Искусственный интеллект. Интеллектуальные и многопроцессорные системы. — Донецк-Таганрог- Минск, 2006. — С. 293-300.
  • Савельев А. В. Нейрокомпьютеры в изобретениях // журнал «Нейрокомпьютеры: разработка, применение»., Издательство «Радиотехника». — Москва, 2004. — № 2-3. — С. 33-49.
  • Lakhmi C. Jain; N.M. Martin Fusion of Neural Networks, Fuzzy Systems and Genetic Algorithms: Industrial Applications. — CRC Press, CRC Press LLC, 1998
  • Емельянов В. В., Курейчик В. В., Курейчик В. Н. Теория и практика эволюционного моделирования. — М: Физматлит, 2003.

См. также

Схема «Типы нейронов по функциям» (для учащихся 8 классов)

МКОУ «Новокаякентская СОШ»

с. Новокаякент

Каякентский район Республика Дагестан

Схема «Типы нейронов по функциям»

(для учащихся 8 классов)

Автор: учитель биологии

МКОУ «Новокаякентская СОШ»

Умалатова Равганият Бийбулатовна

с.Новокаякент

2018 г.

Пояснительная записка

Данная схема «Типы нейронов по функциям» рекомендуется для учащихся 8 классов. Материал можно использовать при прохождении темы «Нервная регуляции. Строение и значение нервной системы» в 8 классах. В схеме отражены типы нейронов: чувствительные, вставочные и двигательные, а также функции, выполняемые этими типами нейронов. Схему можно использовать при подготовке к ОГЭ и ЕГЭ по биологии.

Задачи: ознакомление учащихся с типами нейронов и функциями выполняемыми этими типами нейронов.

Схема «Типы нейронов по функциям»

Типы нейронов по функциям

Вставочные

(промежуточные)

Чувствительные

(афферентные или сенсорные)

Двигательные

(эфферентные или моторные)

Проводят импульсы от поверхности тела и внутренних органов к мозгу

Анализируют информацию и «принимают решения»

Проводят импульсы – команды от головного и спинного мозга к рабочим органам (мышцам и железам)

Источники информации:

1.Сонин Н.И., Сапин М.Р. Биология.8 класс. Человек: Учеб. Для общеобразовательных учреждений. 6 –е изд., стереотип. -М.: Дрофа, 2004.- 216 с.

Glial Cells | Protocol (Translated to Russian)

18.7: Глиальные клетки

Обзор

Глиальные клетки являются одним из двух основных типов клеток в нервной системе. Клетки глии состоят из астроцитов, олигодендроцитов, микроглий и эпендимальных клеток в центральной нервной системе, а также спутниковых и шванновых клеток в периферической нервной системе. Эти клетки не общаются через электрические сигналы, как нейроны, но они способствуют практически любой другой аспект функции нервной системы. У человека количество глиальных клеток примерно равно количеству нейронов в головном мозге.

Глиальные клетки Центральной нервной системы

Глиа в центральной нервной системе (ЦНС) включают астроциты, олигодендроциты, микроглии и эпендимальные клетки. Астроциты являются наиболее распространенным типом глиальных клеток и находятся в организованных, не перекрывающихся моделей по всему мозгу, где они тесно связаны с нейронами и капиллярами. Астроциты играют многочисленные роли в функции мозга, включая регулирование кровотока и метаболических процессов, синаптический ионный ионный и рН гомеостаз, а также поддержание гемозефалического барьера.

Другая специализированная глиальная клетка, олигодендроцит, образует оболочку миелина, которая окружает нейрональные аксоны в ЦНС. Олигодендроциты расширяют длительные клеточные процессы, которые обходят аксоны несколько раз, чтобы сформировать это покрытие. Миелин оболочки требуется для надлежащего проведения нейронной сигнализации и значительно увеличивает скорость, с которой эти сообщения путешествия.

Микроглия, известная как макрофаги ЦНС, является самым маленьким типом глиальных клеток и специализируется на фагоцитозе как патогенных микроорганизмов, так и мусора. Они защищают ЦНС от инфекционных агентов и токсинов и подрезают синапсы во время развития. Хотя микроглии считаются глиальными клетками, они имеют уникальное и отдельное происхождение по сравнению с другими типами глиальных клеток. Астроциты и олигодендроциты производятся радиальной глией, в то время как микроглии происходят из желточного мешка и мигрируют в эмбрион на ранних стадиях эмбрионального развития.

Наконец, эпендимальные клетки являются кубообразными клетками с ресонами, похожими на ресоны,. которые высовывает желудочков, где они производят спинномозговую жидкость (CSF). Эпендимальные клетки образуют барьер между мозгом и CSF, отфильтровыв потенциально вредные вещества. Как астроциты и олигодендроциты, эпендимальные клетки происходят из радиальной глии, найденной вблизи бокового желудочка.

Глиальные клетки периферической нервной системы

В периферической нервной системе (PNS) существуют похожие, но различные типы глиальных клеток. Например, функции, выполняемые астроцитами ЦНС, выполняются в PNS в первую очередь спутниковыми клетками, глиальными клетками, которые обеспечивают структуру, амортизацию и питательные вещества для нейрональных тел, с которых они связаны. Другая глиальная клетка PNS, клетка Шванн, функционирует как Олигодендроциты ЦНС, образуя оболочку миелина вокруг нейронных аксонов. Как и миелинизация в ЦНС, миелинизация аксонов PNS обеспечивает необходимую изоляцию и проводимость для правильной передачи электрических сигналов.

Значение Глии в здравоохранении и болезнях

Глиальные клетки являются критическими защитниками нервной системы и регуляторами. Они не только поддерживают гомеостатические условия и способствуют рутинной функции мозга, но они также реагируют на травмы нервной системы, инфекции и болезни. Кроме того, глиа выполняет критические функции во время эмбрионального развития нервной системы. Эти клетки даже способствуют удалению ненужных нейронных связей, процесс, называемый синаптической обрезки. Из-за важности глии во многих аспектах функции мозга, дефекты в одной или нескольких популяций глиальных клеток может привести к тяжелым и изнурительных неврологических заболеваний, в том числе расстройств развития, болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона, рассеянный склероз, и многие другие.

Во время развития, глиальные клетки обеспечивают леса для нейронов правильно мигрировать и расти из их аксонов. Позже в жизни, травмы или нейродегенеративные заболевания могут привести к потере нейронных связей, которые не могут быть регенерированы, что приводит к нарушению функционирования или паралич.

Литература для дополнительного чтения

Zuchero, J. Bradley, and Ben A. Barres. “Glia in Mammalian Development and Disease.” Development (Cambridge, England) 142, no. 22 (November 15, 2015): 3805–9. [Source]

Основные функции нейронов и их взаимодействия

Основными структурными элементами нервной системы явля­ются нервные клетки или нейроны. Через нейроны осуществляется передача информации от одного участка нервной системы к другому, обмен информацией между не­рвной системой и различными участками тела. В нейронах происхо­дят сложнейшие процессы обработки информации. С их помощью формируются ответные реакции организма (рефлексы) на внешние и внутренние раздражения.

Таким образом, основными функциями нейронов являются: вос­приятие внешних раздражений — рецепторная функция, их переработка — интегративная функция и передача нервных влияний на другие нейроны или различные рабочие органы — эффекторная функция. В теле нервной клетки, или соме, происходят основные процессы переработки информации. Многочисленные древовидно разветвленные отростки — дендриты (греч. дендрон — дерево) служат входами нейрона, через которые сигналы поступают в нервную клетку. Выходом нейрона является отходящий от тела клетки отросток — аксон (греч. аксис — ось), который передает нервные импульсы дальше —дру­гой нервной клетке или рабочему органу (мышце, железе). Осо­бенно высокой возбудимостью обладает начальная часть аксона и расширение в месте его выхода из тела клетки — аксонный холмик нейрона. Именно в этом сегменте клетки возникает нервный импульс.

Нейроны подразделяются на три основных типа: афферентные, эфферентные и промежуточные. Афферентные нейроны (чувствительные, или центростремительные) передают информа­цию от рецепторов в ЦНС. Тела этих нейронов расположены вне ЦНС — в спинномозговых узлах и в узлах черепных нервов. Аффе­рентные нейроны имеют длинный отросток — дендрит, который контактирует на периферии с воспринимающим образованием — ре­цептором или сам образует рецептор, а также второй отросток — ак­сон, входящий через задние рога в спинной мозг.

Эфферентные нейроны (центробежные, двигательные) связаны с передачей нисходящих влияний от вышележащих этажей нервной системы к нижележащим или из ЦНС к рабочим органам. Для эффе­рентных нейронов характерны разветвленная сеть коротких отрост­ков — дендритов и один длинный отросток — аксон.

Промежуточные нейроны (интернейроны, или вставочные, контактные) — более мелкие клетки, осуществляю­щие связь между различными (в частности, афферентными и эффе­рентными) нейронами. Они передают нервные влияния в горизон­тальном направлении (например, в пределах одного сегмента спин­ного мозга) и в вертикальном (например, из одного сегмента спинно­го мозга в другие — выше или нижележащие сегменты). Благодаря многочисленным разветвлениям аксона промежуточные нейроны могут одновременно возбуждать большое число других нейронов.

Взаимодействие нейронов между собой (и с эффекторными орга­нами) происходит через специальные образования — синапсы (греч. — контакт). Они образуются концевыми разветвлениями ней­рона на теле или отростках другого нейрона. Чем больше синапсов на нервной клетке, тем больше она воспринимает различных раздраже­ний и, следовательно, шире сфера влияний на ее деятельность и воз­можность участия в разнообразных реакциях организма. Особенно много синапсов в высших отделах нервной системы и именно у ней­ронов с наиболее сложными функциями.

В структуре синапса различаюттри элемента (рисунок 9.1):

1)пресинаптическую мембрану, образованную утолщением мембраны конечной веточки аксона;

2)синаптическую щель между нейронами;

3)постсинаптическую мембрану — утолщение прилегающей поверхности следующего нейрона.

В большинстве случаев передача влияния одного нейрона на другой осуществляется химическим путем. В пресинаптической части кон­такта имеются синоптические пузырьки, которые содержат специаль­ные вещества — медиаторы или посредники. Ими могут быть ацетилхолин (в некоторых клетках спинного мозга, в вегетативных узлах), норадреналин (в окончаниях симпатических нервных волокон, в гипоталамусе), некоторые аминокислоты и др. Приходящие в окон­чания аксона нервные импульсы вызывают опорожнение синаптических пузырьков и выведение медиатора в синаптическую щель.

По характеру воздействия на последующую нервную клетку разли­чают возбуждающие и тормозящие синапсы.

А Б

А: 1 – тело аксона; 2 — митохондрия; 3 — синаптические пузырьки,

4 — пресинаптическая мембрана, 5 — синаптическая щель,

6 — постсинаптическая мембрана, 7 — рецепторы и поры дендрита следующего нейрона.

Б: направление проведения возбуждения

 

Рисунок 9.1 – Схема строения синапса и проведения возбуждения

 

В возбуждающих синапсах медиаторы (например, ацетилхолин) связываются со специфическими макромолекулами постсинаптической мембраны и вызывают ее деполяризацию. При этом регистрируется небольшое и кратковременное (около 1мс) колебание мембранного потенциала в сторону делоляризации ил и возбуждающий постсинаптический потенциал (ВПСП). Для возбуждения нейрона необходимо, чтобы ВПСП достиг порогового уровня. Для этого величина деполяризационного сдвига мембранного потенциала должна составлять не менее 10 мВ. Действие медиатора очень кратковременно (1-2 мс), после чего он расщепляется на неэф­фективные компоненты (например, ацетилхолин расщепляется фер­ментом холинэстеразой на холин и уксусную кислоту) или поглощается обратно пресинаптическими окончаниями.

В тормозящих синапсах содержатся тормозные медиаторы (например, гамма-аминомасляная кислота). Их дей­ствие на постсинаптическую мембрану вызывает усиление выхода ионов калия из клетки и увеличение поляризации мембраны. При этом регистрируется кратковременное колебание мембранного по­тенциала в сторону гиперполяризации — тормозящий постси­наптический потенциал (ТПСП). В результате нервная клетка оказывается заторможенной. Возбудить ее труднее, чем в ис­ходном состоянии. Для этого понадобится более сильное раздраже­ние, чтобы достичь критического уровня деполяризации.

Рассмотрим, как происходит возникновение импульсного ответа нейрона.

На мембране тела и дендритов нервной клетки находятся как воз­буждающие, так и тормозящие синапсы. В отдельные моменты вре­мени часть их может быть неактивной, а другая часть оказывает ак­тивное влияние на прилегающие к ним участки мембраны. Общее изменение мембранного потенциала нейрона является результатом сложного взаимодействия (интеграции) местных ВПСП и ТПСП всех многочисленных активированных синапсов. При одновремен­ном влиянии как возбуждающих, так и тормозящих синапсов проис­ходит алгебраическое суммирование (т.е. взаимное вычитание) их эффектов. При этом возбуждение нейрона возникнет лишь в том случае, если сумма возбуждающих постсинаптических потенциалов окажется больше суммы тормозящих. Это превышение должно со­ставлять определенную пороговую величину (около 10 мВ). Только в этом случае появляется потенциал действия клетки. Следует отме­тить, что в целом возбудимость нейрона зависит от его размеров: чем меньше клетка, тем выше ее возбудимость.

С появлением потенциала действия начинается процесс проведе­ния нервного импульса по аксону и передача его на следующий ней­рон или рабочий орган, т.е. осуществляется эффекторная функция нейрона. Нервный импульс является основным средством связи между нейронами.

Таким образом, передача информации в нервной систем происхо­дит с помощью двух механизмов — электрического механизма (ВПСП; ТПСП; потенциал действия) и химического механизма (медиаторы).


Узнать еще:

Типы глии — Квинслендский институт мозга

Основные типы глиальных клеток нервной системы. (Изображение: сотрудники Blausen.com / CC BY 3.0 через Commons.)

Микроглия

Микроглия — это иммунные клетки мозга, защищающие его от травм и болезней. Микроглия определяет, когда что-то пошло не так, и инициирует реакцию, которая удаляет токсичный агент и / или убирает мертвые клетки. Таким образом, микроглия является защитником мозга.Однако ситуация может быть иной при нейродегенеративных расстройствах, таких как болезнь Альцгеймера — есть доказательства того, что микроглия может стать гиперактивированной, вызывая нейровоспаление, которое может приводить к характерным отложениям токсичного белка, наблюдаемым при болезни Альцгеймера (амилоидные бляшки и нейрофибриллярные клубки). Наконец, недавняя работа показывает, что микроглия играет роль в развитии мозга. Обычно создается гораздо больше синапсов, чем необходимо, и выживают только самые сильные и важные из них.Микроглия напрямую участвует в этом синаптическом процессе «обрезки», поглощая синапсы, помеченные как ненужные.

Макроглии

Астроциты

Астроциты — это звездчатые клетки, которые поддерживают рабочую среду нейрона. Они делают это, контролируя уровни нейротрансмиттеров вокруг синапсов, контролируя концентрацию важных ионов, таких как калий, и обеспечивая метаболическую поддержку.

Но астроциты не просто поддерживают среду вокруг синапсов.Активная область исследований касается того, как астроциты модулируют взаимодействие нейронов. Поскольку астроциты обладают способностью определять уровни нейротрансмиттеров в синапсах и могут реагировать, высвобождая молекулы, которые напрямую влияют на активность нейронов, астроциты все чаще рассматриваются как важные для модификации синапсов.

Олигодендроциты

Олигодендроциты обеспечивают поддержку аксонов нейронов в центральной нервной системе, особенно тех, которые путешествуют на большие расстояния внутри мозга.Они производят жировое вещество под названием миелин , которое обернуто вокруг аксонов в качестве изоляционного слоя. Подобно слоям изоляции вокруг силовых кабелей, миелиновая оболочка позволяет электрическим сообщениям перемещаться быстрее и дает белое вещество, свое название — белый — это миелин, обернутый вокруг аксонов. Рассеянный склероз вызывается потерей миелиновой оболочки вокруг нейронов.

Основные глиальные клетки головного мозга включают олигодендроциты (синие), астроциты (зеленые) и микроглию (бордовые).Нейроны показаны желтым цветом, а олигодендроциты синего цвета образуют миелиновую оболочку вокруг аксона. (Изображение: Холли Фишер / CC BY 3.0 через Commons)

Другие виды макроглии
Центральная нервная система
  • Эпендимные клетки : Эпендимные клетки выстилают спинной мозг и желудочки головного мозга. Они участвуют в создании спинномозговой жидкости (CSF).
  • Радиальная глия : Радиальные глиальные клетки являются клетками-предшественниками, которые могут генерировать нейроны, астроциты и олигодендроциты.
Периферическая нервная система
  • Шванновские клетки : Подобно олигодендроцитам в центральной нервной системе, шванновские клетки миелинизируют нейроны периферической нервной системы.
  • Сателлитные клетки : Сателлитные клетки окружают нейроны сенсорных, симпатических и парасимпатических ганглиев и помогают регулировать химическую среду. Они могут способствовать возникновению хронической боли.
  • Кишечные глиальные клетки : Кишечные глиальные клетки находятся в нервах пищеварительной системы.

нейронов | Безграничная анатомия и физиология

Структурное разнообразие нейронов

Ряд анатомических типов нейронов эволюционировали, чтобы участвовать в различных функциях организма.

Цели обучения

Опишите структурное разнообразие нейронов

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Нейроны — это электрически возбудимые клетки, которые являются структурной единицей нервной системы.
  • Типичный нейрон состоит из тела клетки и нейронных отростков, таких как дендриты и аксон.
  • Нейроны обычно анатомически можно охарактеризовать как униполярные, биполярные или мультиполярные.
  • Ряд анатомически различных типов нейронов, таких как сенсорные, моторные и интернейроны, эволюционировали, чтобы участвовать в различных функциях организма.
Ключевые термины
  • Нейроны : электрически возбудимые клетки, которые являются структурной единицей нервной системы.
  • дендритов : короткие, сужающиеся расширения, которые передают входящие сообщения к телу нейрона.
  • Аксоны : проводящая область нейрона.

Нейроны — это электрически возбудимые клетки, которые являются структурной единицей нервной системы. Типичный нейрон состоит из тела клетки и нейронных отростков, таких как дендриты и аксон. Дендриты — это короткие сужающиеся к концу отростки, которые являются рецептивными областями и помогают передавать входящие сообщения к телу клетки.Аксоны возникают из конусообразной области тела клетки, называемой бугорком аксона. Эти расширения являются проводящей областью нейрона. Нервные импульсы генерируются в аксоне и передаются от тела клетки к синапсу. Тело клетки — главный биосинтетический центр нейрона. Он содержит нейротрансмиттеры и другие органеллы, необходимые для синтеза белков и химических веществ. Тело клетки является средоточием роста нейронального процесса во время эмбрионального развития.

Ряд анатомически различных типов нейронов эволюционировали, чтобы участвовать в различных функциях организма.Например, сенсорные нейроны реагируют на прикосновение, звук, свет и другие сенсорные входы. Моторные нейроны получают сигналы от головного и спинного мозга, чтобы инициировать сокращение мышц и воздействовать на железы. Интернейроны действуют как реле между нейронами в непосредственной близости друг от друга.

Нейротрансмиссия в химическом синапсе : сигнал, распространяющийся по аксону к телу клетки и дендритам следующей клетки

Нейроны обычно можно сгруппировать по количеству отростков, исходящих от их клеточных тел.Эту классификацию составляют три основные группы нейронов: мультиполярные, биполярные и униполярные. Униполярные нейроны имеют один короткий отросток, который выходит из тела клетки и делит Т-образную форму на проксимальную и дистальную ветви. Биполярные нейроны имеют два отростка, аксон и дендрит, которые отходят от противоположных концов сомы. Мультиполярные нейроны, наиболее распространенный тип, имеют один аксон и два или более дендритов.

типа нейронов : 1: униполярный нейрон, 2: биполярный нейрон, 3: многополярный нейрон, 4: псевдоуниполярный нейрон

Классификация нейронов

Нейроны можно классифицировать по направлению движения, используемому нейротрансмиттеру или электрофизиологическим свойствам.

Цели обучения

Опишите различные методы, используемые для классификации нейронов

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Нейроны можно классифицировать по направлению потенциала действия или маршруту, по которому распространяется информация. Афферентные нейроны передают информацию от тканей и органов к мозгу, а эфферентные сигналы передают информацию от мозга к эффекторным клеткам тела.
  • Нейроны могут оказывать возбуждающее, ингибирующее или модулирующее действие на нейроны-мишени в зависимости от выделяемого ими нейромедиатора.
  • Афферентные нейроны передают информацию от тканей и органов в центральную нервную систему.
  • Интернейроны соединяют нейроны в определенных областях центральной нервной системы.
  • Эфферентные нейроны несут информацию от области мозга.
Ключевые термины
  • эфферентные : эфферентные нейроны передают сигналы от центральной нервной системы эффекторным клеткам (например, двигательным нейронам).
  • афферентные : афферентные нейроны передают информацию от тканей и органов в центральную нервную систему (например,грамм. сенсорные нейроны).
  • тонические или регулярные пики : Нейроны, которые обычно постоянно (или тонически) активны, называются тоническими или регулярными пиками.

Направление нервного импульса

Функциональная классификация нейронов основана на направлении движения потенциала действия (т. Е. Информации) относительно центральной нервной системы. Афферентные нейроны передают информацию от тканей и органов в центральную нервную систему (например,грамм. сенсорные нейроны). Эфферентные нейроны передают сигналы от центральной нервной системы (ЦНС) эффекторным клеткам (например, мотонейронам). Афферентный и эфферентный также обычно относятся к нейронам, которые несут информацию или отправляют информацию из области мозга. Интернейроны соединяют нейроны в определенных областях центральной нервной системы.

Организация нервной системы : Общая организация нервной системы, включая периферическую нервную систему, спинной и корковый уровни.

Нейротрансмиттер Тип

Нейроны также классифицируются по их влиянию на нейроны-мишени. Нейрон высвобождает нейромедиатор, который связывается с химическими рецепторами целевого нейрона. Комбинация свойств нейротрансмиттера и рецептора приводит к возбуждающим, тормозящим или модулирующим изменениям нейрона-мишени. Например, два наиболее распространенных нейротрансмиттера в головном мозге (высвобождаемые 90% нейронов), глутамат и ГАМК, действуют противоположно. Глутамат действует на несколько различных типов рецепторов с в основном возбуждающим действием.ГАМК действует на несколько различных классов рецепторов, оказывая тормозящие эффекты. Другие типы нейронов включают возбуждающие мотонейроны спинного мозга, которые выделяют ацетилхолин, и тормозные спинномозговые нейроны, выделяющие глицин.

Основные элементы связи нейрон-нейрон : электрические импульсы проходят по аксону нейрона. Когда этот сигнал достигает синапса, он вызывает высвобождение молекул нейромедиатора, которые связываются с молекулами рецептора, расположенными в клетке-мишени.

Горючие свойства

Третий, менее распространенный метод классификации нейронов — по их электрофизиологическим характеристикам. Нейроны, которые обычно постоянно (или тонически) активны, называются тоническими или регулярными пиками. Периодически активные нейроны называются фазовыми или взрывными. Нейроны с высокой степенью активности классифицируются как быстрые пики.

Нейрон: определение, структура, функции и типы

Нервная система человека выполняет одну базовую, но невероятно важную функцию: общаться с различными частями тела и получать информацию от них, а также генерировать реакции на эту информацию в зависимости от ситуации.

В отличие от других систем организма, функции большинства компонентов нервной системы можно оценить только с помощью микроскопии. В то время как головной и спинной мозг можно достаточно легко визуализировать при грубом исследовании, это не может обеспечить даже малую часть элегантности и сложности нервной системы и ее задач.

Нервная ткань — одна из четырех основных тканей организма, остальные — мышечная, эпителиальная и соединительная ткань.Функциональная единица нервной системы — нейрон , или нервная клетка.

Хотя нейроны, как почти все эукариотические клетки, содержат ядра, цитоплазму и органеллы, они очень специализированы и разнообразны не только по отношению к клеткам в разных системах, но и по сравнению с различными типами нервных клеток.

Подразделения нервной системы

Нервную систему человека можно разделить на две категории: центральная нервная система (ЦНС), которая включает головной и спинной мозг человека, и периферическая нервная система (ПНС). который включает в себя все остальные компоненты нервной системы.

Нервная система состоит из двух основных типов клеток: нейронов, , которые являются «мыслящими» клетками, и глии, , которые являются поддерживающими клетками.

Помимо анатомического деления нервной системы на ЦНС и ПНС, нервная система также может быть разделена на функциональные подразделения: соматический и автономный . «Соматический» в этом контексте переводится как «добровольный», в то время как «автономный» по существу означает «автоматический» или непроизвольный.

Вегетативная нервная система (ВНС) может быть далее разделена на симпатических и парасимпатических нервных систем.

Первый предназначен в основном для «быстрых» действий, и его ускорение часто называют реакцией «бей или беги». Парасимпатическая нервная система, с другой стороны, занимается медленной деятельностью, такой как пищеварение и секреция.

Структура нейрона

Нейроны сильно различаются по своей структуре, но все они имеют четыре основных элемента: собственно тело клетки, дендритов , аксонов и окончаний аксонов .

«Дендрит» происходит от латинского слова «дерево», и при осмотре причина очевидна. Дендриты — это крошечные ответвления нервной клетки, которые получают сигналы от одного или нескольких (часто на и более ) других нейронов.

Дендриты сходятся на теле клетки, которое, изолированное от специализированных компонентов нервной клетки, очень напоминает «типичную» клетку.

От тела клетки идет одиночный аксон, который несет интегрированные сигналы к целевому нейрону или ткани.Аксоны обычно имеют несколько собственных ветвей, хотя их меньше, чем дендритов; их называют терминалами аксонов, которые функционируют более или менее как разветвители сигналов.

Хотя, как правило, дендриты несут сигналы к телу клетки, а аксоны несут сигналы от него, ситуация в сенсорных нейронах иная.

В этом случае дендриты, идущие от кожи или другого органа с сенсорной иннервацией, сливаются непосредственно в периферический аксон , который перемещается к телу клетки; центральный аксон затем покидает тело клетки в направлении спинного или головного мозга.

Сигнальные структуры нейронов

В дополнение к четырем основным анатомическим особенностям нейроны имеют ряд специализированных элементов, которые облегчают их работу по передаче электрических сигналов по их длине.

Миелиновая оболочка играет в нейронах ту же роль, что и изоляционный материал в электрических проводах. (Большая часть того, что выяснили инженеры-люди, было разработано природой очень давно, часто с превосходными результатами.) Миелин — это восковое вещество, состоящее в основном из липидов (жиров), которое окружает аксоны.

Миелиновая оболочка прерывается рядом промежутков, поскольку она проходит вдоль аксона. Эти узлы Ранвье позволяют так называемому потенциалу действия распространяться вдоль аксона с высокой скоростью. Потеря миелина вызывает множество дегенеративных заболеваний нервной системы, включая рассеянный склероз .

Соединения между нервными клетками и другими нервными клетками, а также тканями-мишенями, которые обеспечивают передачу электрических сигналов, называются синапсами .Как дырка в бублике, они представляют собой важное физическое отсутствие, а не присутствие.

Под направлением потенциала действия аксональный конец нейрона высвобождает один из множества химических нейротрансмиттеров типа , которые передают сигнал через небольшую синаптическую щель к ожидающему дендриту или другому элементу на дальней стороне.

Как нейроны передают информацию?

Потенциалы действия , средства, с помощью которых нервы взаимодействуют друг с другом и с ненейронными тканями-мишенями, такими как мышцы и железы, представляют собой одно из наиболее интересных достижений в эволюционной нейробиологии.Полное описание потенциала действия требует более подробного описания, чем может быть представлено здесь, но суммируем:

Ионы натрия (Na +) поддерживаются насосом АТФазы в нейрональной мембране в более высокой концентрации вне нейрона, чем внутри нейрона, в то время как концентрация иона калия (K +) поддерживается выше внутри нейрона, чем вне его, с помощью того же механизма.

Это означает, что ионы натрия всегда «хотят» течь в нейрон, вниз по градиенту их концентрации, в то время как ионы калия «хотят» течь наружу.( ионов — это атомы или молекулы, несущие чистый электрический заряд.)

Механика потенциала действия

Различные стимулы, такие как нейротрансмиттеры или механическое искажение, могут открывать специфические для вещества ионные каналы в клеточной мембране в начале аксон. Когда это происходит, ионы Na + устремляются внутрь, нарушая мембранного потенциала покоя клетки, равного -70 мВ (милливольт), и делая его более положительным.

В ответ ионы K + устремляются наружу, чтобы восстановить мембранный потенциал до его значения покоя.

В результате деполяризация распространяется или распространяется очень быстро по аксону. Представьте, что два человека натянуты между собой веревкой, и один из них взмахивает концом вверх.

Вы увидите, как «волна» быстро движется к другому концу веревки. В нейронах эта волна состоит из электрохимической энергии и стимулирует высвобождение нейротрансмиттера из терминала (ов) аксона в синапсе.

Типы нейронов

Основные типы нейронов включают:

  • Моторные нейроны (или мотонейронов ) управляют движением (обычно произвольным, но иногда автономным).
  • Сенсорные нейроны обнаруживают сенсорную информацию (например, обоняние в обонятельной системе).
  • Интернейроны действуют как «лежачие полицейские» в цепи передачи сигналов, чтобы модулировать информацию, передаваемую между нейронами.
  • Различные специализированных нейронов в различных областях мозга, таких как волокна Пуркинье и пирамидные клетки

Миелин и нервные клетки

В миелинизированных нейронах потенциал действия плавно перемещается между узлами Ранвье, поскольку миелиновая оболочка предотвращает деполяризацию мембраны между узлами.Причина, по которой узлы расположены так, как они есть, заключается в том, что более близкое расстояние замедлит передачу до недопустимых скоростей, в то время как большее расстояние может привести к «вымиранию» потенциала действия до того, как он достигнет следующего узла.

Рассеянный склероз (РС) — это заболевание, которым страдают от 2 до 3 миллионов человек во всем мире. Несмотря на то, что он известен с середины 1800-х годов, по состоянию на 2019 год РС неизлечимо, в основном потому, что неизвестно, что вызывает патологию, наблюдаемую при этом заболевании. Поскольку потеря миелина в нейронах ЦНС прогрессирует с течением времени, преобладает потеря функции нейронов.

Заболевание можно лечить стероидами и другими лекарствами; это не смертельно само по себе, но чрезвычайно изнурительно, и в настоящее время проводятся интенсивные медицинские исследования, чтобы найти лекарство от рассеянного склероза.

Типы нервных клеток | Типы нейронов

Нервная система — это сеть взаимосвязанных структур, называемых нейронов , которая также включает головной и спинной мозг. Множество различных клеток регулируют и контролируют функции нервной системы.

В нервной системе есть два основных типа клеток — Нейронные клетки и Глиальные клетки

Что такое нейрон?

Нейрон — основная функциональная единица нервной системы. Это структурная единица нервной клетки, состоящая из одной большой клетки с расширениями, называемыми дендритами и аксонами .

  • Аксоны несут стимул или сигналы от клетки к мышце или органу, которые должны быть затронуты.
  • Дендриты, с другой стороны, доставляют сигналы или стимулы к телу клетки от поражающего органа или ткани.
  • Нейроны могут генерировать электрические сигналы, называемые потенциалами действия, что помогает им передавать сообщения на огромные расстояния за миллисекунды. Этот процесс известен как синаптическая передача .
  • Нейроны встречаются по всей нервной системе и иннервируют все остальные органы человеческого тела.
  • Они помогают в контроле и координации человеческого тела, а также вызывают реакцию на раздражители и окружающую среду.

Типы нейронов по функциям

В человеческом теле нейроны существуют в спинном и головном мозге. Типы нейронов в головном мозге очень сложны, и их еще предстоит классифицировать с научной точки зрения. Однако типы нейронов спинного мозга легко различить по их функциям.

В спинном мозге есть три основных типа нейронов:

1. Сенсорные нейроны

Сенсорные нейроны активируются от внешних раздражителей, таких как прикосновение к горячей поверхности, прослушивание музыки или химической реакции.

  • После активации сенсорные нейроны передают электрические импульсы остальной части центральной нервной системы (ЦНС) о вновь воспринимаемой информации для обработки.
  • Большинство сенсорных нейронов псевдоуниполярны, что означает, что у них есть один аксон, который разделен на две ветви.

2. Моторные нейроны

Нейроны посылают импульсы от спинного мозга к скелетным и гладким мышцам (например, желудку, мочевому пузырю и другим внутренним органам) и, таким образом, напрямую контролируют все движения мышц.

  • Есть два типа мотонейронов: нижние двигательные нейроны и верхние двигательные нейроны.
  • Нижние двигательные нейроны отвечают за передачу импульсов от спинного мозга к головному мозгу.
  • Верхние двигательные нейроны отвечают за передачу импульсов от головного мозга к спинному мозгу.
  • Моторные нейроны мультиполярны, что означает один аксон и несколько дендритов.

3. Интернейроны

Интернейроны являются посредниками между сенсорными нейронами и двигательными нейронами, соединяющими коммуникационную цепь.Интернейроны также мультиполярны, как и мотонейроны.

Типы нейронов по форме

Классификация нейронов (Источник: Викимедиа)

По форме нейроны подразделяются на пять типов, а именно: униполярные нейроны, биполярные нейроны, псевдоуниполярные нейроны, анаксонические нейроны и многополярные нейроны.

1. Униполярные нейроны

Источник: Wikimedia

Этот тип нейронов — наиболее распространенный нейрон у насекомых. Эти нейроны имеют один аксон и два дендрита.Эти нейроны являются сенсорными нейронами, которые помогают передавать импульс по ЦНС. У человека униполярные нейроны обнаруживаются в сетчатке глаза, ганглиях вестибулокохлеарного нерва и т. Д.

2. Биполярные нейроны

Источник: Wikimedia

Биполярные нейроны имеют аксон и дендриты. Аксон передает сигналы от тела клетки в головной и спинной мозг. Дендриты передают сигналы от органов тела, таких как нос, уши и глаза, к телу клетки.Таким образом, биполярные нейроны в основном находятся в сенсорных путях обоняния, вкуса, слуха и зрения.

3. Псевдоуниполярные нейроны

Источник: Wikimedia

Псевдоуниполярные нейроны имеют аксон, но не имеют настоящих дендритов. Однако псевдоуниполярные нейроны считаются вариантом биполярного нейрона. Их называют псевдо , потому что единственный аксон, прикрепленный к телу клетки, движется в двух противоположных направлениях (одно связано с мышцами, суставами и кожей, а другое — к спинному мозгу).Псевдо-униполярные нейроны играют важную роль в передаче чувства боли, давления или даже прикосновения.

4. Анаксонические нейроны

Анаксонический нейрон — это нейрон, аксон которого невозможно отличить от дендритов. Согласно последним открытиям, ученые утверждают, что у нейронов нет аксонов, а есть только дендриты. Эти нейроны находятся в головном мозге и сетчатке. Интересно, что они встречаются и у беспозвоночных. Анаксонические нейроны действуют как интернейроны без шипов.

5. Мультиполярные нейроны

Мультиполярные нейроны многочисленны у позвоночных, таких как человек. Каждый из этих нейронов имеет тело клетки, длинный аксон и короткие дендриты. Они находятся в головном и спинном мозге (ЦНС), а также в вегетативных ганглиях.

Что такое глиальные клетки?

Глиальные клетки ЦНС (Источник: Wikimedia)

Глиальные клетки, по сути, являются поддерживающими клетками, которые помогают поддерживать и функционировать нейроны.По сравнению с нейронами в организме человека больше глиальных клеток.

  • В нервной системе существуют разные типы глиальных клеток, такие как астроциты, эпендимальные клетки, олигодендроциты, микроглия и шванновские клетки. Эти клетки находятся в разных частях нервной системы.
  • Первые три типа клеток находятся в центральной нервной системе, а шванновские клетки находятся в периферической нервной системе.

Клетки эпендимы

Эпендима состоит из эпендимных клеток, известных как эпендимоцитов , которые представляют собой тип глиальных клеток.Эти клетки выстилают наполненные спинномозговой жидкостью желудочки головного мозга и центральный канал спинного мозга. Это клетки нервной ткани с ресничной простой столбчатой ​​формой, похожей на некоторые эпителиальные клетки слизистой оболочки.

Астроциты

Астроциты — это самый распространенный тип нервных клеток в организме. Астроциты в основном участвуют в контроле кровотока к мозгу и поддержании электрических соединений в синапсах или нейронных соединениях, чтобы обеспечить правильную передачу электрических импульсов.

Микроглия

Микроглия действует как иммунные клетки, называемые макрофагами , и удаляет любые мертвые клетки мусора в нервной системе.

Олигодендроциты и клетки Шванна

Они находятся в разных частях нервной системы, но имеют схожие функции. Они участвуют в производстве вещества, известного как Myelin , которое образует покрытие вокруг аксона для его защиты.

Функции нервных клеток

Основная функция нервных клеток — генерировать электрические нервные импульсы, обрабатывать, передавать и получать их между различными органами. Они передают эти нервные сигналы от одной части тела к другой части тела.

  • Говоря простым языком, нервные клетки получают импульсы или сигналы (химические ионы) от других нервных клеток через свои дендриты.
  • Затем сигнал проходит через тело клетки (также известное как сома ), на аксон и к концу аксона (длинная тонкая часть нейрона).
  • Эти нейротрансмиттеры (или электрический заряд) проходят через крошечный промежуток, называемый Synapse , а затем принимаются дендритом соседней нервной клетки.
  • Затем он переходит к следующей нервной клетке в петле, пока не достигнет конечного пункта назначения — мозга.
  • Все эти шаги происходят за доли наносекунды непроизвольно (например, прикосновение к огню или льду, видение света и слышание звука или любых внешних раздражителей).

Процитируйте эту страницу

Список литературы

  • «Клетки нервной системы» .Проверено 20 октября 2018 г. Ссылка.
  • «Нейрон» . Проверено 20 октября 2018 г. Ссылка.
  • «Типы нейронов — Квинслендский институт мозга — Квинслендский университет» . Проверено 20 октября 2018 г. Ссылка.
  • «Обзор структуры и функций нейрона (статья) | Ханская академия ». Проверено 20 октября 2018 г. Ссылка.
  • «Анатомия человека — издание 2007 г., издание 2007 г. — Google Книги» . Проверено 20 октября 2018 г. Ссылка.

Предыдущая статьяСколько языков говорят животные? Следующая статьяТоп-10 лучших биотехнологических колледжей в США

3 типа нейронов (плюс факты о нервной системе) — Nayturr

Нейроны — это нервные клетки, из которых состоит наша нервная система.В отличие от других клеток, нейроны очень специализированы для передачи информации по нашему телу.

У нас есть 100 миллиардов этих специализированных нервных клеток в нашем мозгу, что равно количеству звезд в Млечном Пути. Однако способы, которыми они передают информацию, превосходят количество звезд во Вселенной.

Нейроны имеют диаметр от 4 до 100 микрон. Они растут со скоростью 250 000 нейронов в минуту в утробе матери, но перестают воспроизводиться после рождения.Узнайте больше об этих нервных клетках, узнав их основные типы.

Типы нейронов

Интернейроны

Интернейроны состоят из большого класса нейронов, которые встречаются по всему человеческому телу. Интернейроны обеспечивают связь между сенсорными или моторными нейронами и центральной нервной системой.

Они делают это, создавая нейронные цепи, которые представляют собой группы нейронов, связанных синапсами и выполняющих определенные функции всякий раз, когда они активируются.Интернейроны участвуют в рефлексах, нейрональных колебаниях и нейрогенезе в мозге взрослых млекопитающих.

Есть два типа интернейронов:

  • Локальные интернейроны . Локальные интернейроны образуют цепи с соседними нейронами и имеют короткие аксоны. Они образуют эти схемы для анализа небольших фрагментов информации.
  • Релейные интернейроны. Эти нейроны имеют длинные аксоны, и они соединяют цепи, обнаруженные в одной области мозга, с цепями, обнаруженными в другой области мозга.

Когда вы думаете об определенных функциях, включая принятие решений и обучение, они возможны только благодаря взаимодействию между этими интернейронами, которое позволяет мозгу выполнять эти сложные функции.

В отличие от периферической нервной системы, центральная нервная система, включающая головной и спинной мозг, содержит множество интернейронов. В неокортексе, составляющем примерно 80% человеческого мозга, 20-30% нейронов являются интернейронами.

Следующее — хороший способ думать об интернейронах.Когда вы получаете какой-либо физический шок, ваше тело реагирует. Интернейроны несут ответственность за эту реакцию, потому что они получают информацию от сенсорных нейронов и отправляют эти данные обратно моторным нейронам, которые являются нейронами, которые говорят вашему телу реагировать на шок.

Другими словами, интернейроны являются связующим звеном между двигательными нейронами и сенсорными нейронами, и они позволяют вам реагировать на стимулы или сенсорный ввод.

Другими словами, интернейроны — это нейроны-посредники, которые расположены между двигательными нейронами и сенсорными нейронами.Последние два нейрона не могут общаться друг с другом, если интернейроны не отправляют сообщения между ними.

Интернейроны расположены в головном и спинном мозге, но мотонейроны и сенсорные нейроны можно найти по всему телу.

Если вас ударили по руке достаточно сильно, она повредит. В этом случае ваши сенсорные нейроны отправляют это ощущение из спинного мозга в мозг, а интернейроны решают, что с этим делать.

Они передают свой план моторным нейронам, путешествуют по вашему телу туда, где возникает боль, и сообщают вам об этом, чтобы вы могли решить, что делать дальше.Если вы решите дать этому человеку ответный удар, моторные нейроны позволят вам это сделать.

Нейроны, также называемые нервными клетками, представляют собой специализированные клетки, основной функцией которых является передача различных нервных импульсов. Их клеточные отростки включают дендриты и аксоны.

Дендриты — это более короткие отростки, расположенные в теле клетки нейрона, и они представляют собой процессы, которые получают входные данные от других нейронов, чтобы они могли проводить сигналы, идущие к этому телу клетки.

С другой стороны, аксоны длиннее и вовлекают особый процесс передачи сигналов к кончику, также называемому синаптическим окончанием.В мозгу человека насчитывается более 100 миллиардов интернейронов, и один из примеров, известный как клетка Гольджи, расположен в мозжечке.

Интеграция — это официальный термин, который включает в себя процесс, в котором интернейроны обеспечивают связь между сенсорными и моторными нейронами, чтобы в результате могло произойти какое-то действие.

Интернейроны похожи на:

  • … местные улицы, соединяющие микрорайон с главной дорогой.
  • … клубный вышибала, потому что обходятся только важные «люди».

Интернейроны также известны под следующими именами:

  • Ассоциативный нейрон
  • Коннекторный нейрон
  • Промежуточный нейрон
  • Внутренний нейрон
  • Локальный нейрон цепи
  • Релейный нейрон

Двигательные нейроны

Также называемый мотонейронами, это нейрон с телом клетки, расположенным в стволе мозга, моторной коре или спинном мозге тела. Его аксон, или волокно, проецируется либо в спинной мозг, либо за его пределы, чтобы прямо или даже косвенно управлять эффекторными органами; другими словами, железы и мышцы.

Существует два типа мотонейронов:

  1. нижних мотонейронов
  2. верхних мотонейронов.

У верхних мотонейронов есть аксоны, которые синапсируют с интернейронами в спинном мозге. Иногда они также синапсируют непосредственно с нижними двигательными нейронами. Нижние двигательные нейроны являются эфферентными нервными волокнами, и их аксоны передают сигналы от спинного мозга к эффекторам. Существуют также различные типы нижних мотонейронов, включая альфа-мотонейроны, бета-мотонейроны и гамма-мотонейроны.

Одиночный двигательный нейрон может иннервировать множество различных мышечных волокон, и любое мышечное волокно может испытывать множество потенциалов действия за короткое время, необходимое для того, чтобы ваша мышца подергивалась. Когда вы думаете о нейронах, выполняющих свою работу, эта работа выполняется за очень, очень короткий период времени.

Мышцы обычно стимулируются повторно, чтобы время было правильным, и, например, если это мышечное сокращение накладывается на другое мышечное сокращение, вместо этого несколько отдельных сокращений могут ощущаться как одно долгое сокращение.

Моторные столбики спинного мозга включают:

  • Срединный моторный столб, который проходит по всей длине спинного мозга и нацелен на осевые мышцы.
  • Гипаксиальный моторный столб, расположенный в грудном отделе, нацелен на мышцы стенки тела.
  • Преганглионарная моторная колонка, также расположенная в грудном отделе, нацелена на симпатический ганглий.
  • Боковой моторный столб, расположенный во многих местах, таких как поясничные и бронхиальные области, нацелен на мышцы конечностей.
  • Диафрагмальный моторный столб, расположенный в шейном отделе и нацеленный на диафрагму.

Верхние и нижние моторные нейроны

Нижние мотонейроны начинаются в спинном мозге и прямо или косвенно иннервируют (снабжают нервы органы или часть тела) эффекторными мишенями, то есть железами и мышцами. Их цель несколько различается, но целью всегда является какое-то мышечное волокно в соматической нервной системе. Выделяют три основные категории нижних мотонейронов:

  • Общие висцеральные двигательные нейроны : эти нейроны косвенно иннервируют гладкие мышцы внутренних органов или мышцы артерий, а также сердечную мышцу.Они расположены в периферической нервной системе или ПНС.
  • Соматические двигательные нейроны: , происходящие из центральной нервной системы, эти нейроны проецируют свои аксоны на скелетные мышцы, то есть мышцы живота и конечностей, которые участвуют в передвижении. Существует три типа соматических мотонейронов: альфа-эфферентные нейроны, бета-эфферентные нейроны и гамма-эфферентные нейроны. Слово «эфферент» используется для обозначения потока информации к периферии от центральной нервной системы.
  • Специальные висцеральные двигательные нейроны : также называемые жаберными двигательными нейронами, они участвуют в действиях, которые включают в себя голосование, глотание, жевание и даже выражение лица. Связанные черепные нервы включают отводящий, блокированный, глазодвигательный и подъязычный нервы.

Верхние мотонейроны начинаются в моторной коре (часть коры головного мозга, расположенная в лобной доле), которая расположена в прецентральной извилине. Клетки первичной моторной коры — это клетки Беца, которые представляют собой гигантские нейроны, обнаруженные в сером веществе мозга, и представляют собой тип пирамидных клеток.

В этих клетках аксоны спускаются из коры и образуют кортикоспинальный тракт, который расположен в белом веществе мозга и контролирует конечности и туловище.

Сенсорные нейроны

Сенсорные нейроны — это нервные клетки, расположенные в нервной системе и отвечающие за преобразование внешних раздражителей из окружающей среды организма в электрические импульсы, которые являются внутренними.

Этот процесс является частью функций, которые включают сокращение мышц и даже непроизвольное поведение, такое как избегание боли.Эти рефлекторные цепи обычно встречаются в спинном мозге человека.

Также известные как афферентные нейроны, сенсорные нейроны через свои рецепторы преобразуют определенный тип стимула в потенциалы действия или ступенчатые потенциалы. Этот процесс называется сенсорной трансдукцией.

Тела сенсорных нейронов расположены в части спинного мозга, известной как спинные ганглии. Сенсорная информация распространяется по сенсорному нерву через афферентные нервные волокна, которые представляют собой нервные волокна, которые поступают в определенную область, а не выходят из нее.

Информация передается от сенсорного нерва к головному мозгу через спинной мозг. Стимулы могут исходить извне тела, включая звук и свет; или внутри тела, включая кровяное давление или чувство положения тела. У разных типов сенсорных нейронов есть разные рецепторы, которые реагируют на разные типы стимулов.

Различные типы и функции сенсорных нейронов включают:

Внешние типы сенсорных нейронов

  • Вкус : обнаружен во вкусовых рецепторах вкусовых сосочков.
  • Запах : нейроны обонятельных рецепторов, которые активируются молекулами запаха в воздухе.
  • Видение : использование фоторецепторных клеток, которые преобразуют свет в электрические сигналы, которые затем обрабатываются и контролируются другими типами нейронов сетчатки. Пять основных классов включают биполярные клетки, амакриновые клетки, фоторецепторные клетки, горизонтальные клетки и ганглиозные клетки.
  • Слуховой : отвечает за преобразование волн давления, исходящих от колеблющихся молекул воздуха или звука, в сигналы, которые затем могут интерпретироваться мозгом.
  • Температура : сенсорные рецепторы, реагирующие на различные температуры. Большинство экспертов сходятся во мнении, что у млекопитающих есть по крайней мере два определенных типа терморецепторов. К ним относятся бульбоидное тельце, которое определяет низкие температуры; и рецепторы, чувствительные к теплу, которые определяют высокую температуру.
  • Механорецепторы : это сенсорные рецепторы, которые реагируют на механические силы, включая искажение или давление. Существует несколько типов механорецепторов, включая проприорецепторы и ноцицепторы, причем последний отвечает за изменение температуры и боли.

Внутренние типы сенсорных нейронов

  • Кровь : эти типы рецепторов являются полимодальными, то есть они реагируют на множество различных стимулов и могут даже обнаруживать изменения химических свойств крови, включая концентрацию кислорода.
  • Ноцицепторы : эти рецепторы посылают сигналы в головной и спинной мозг в ответ на раздражители, которые потенциально могут повредить. Рецепторы находятся как во внутренних органах, так и на поверхности тела.Существует три основных типа ноцицепторов: химические, которые участвуют в обнаружении некоторых специй в определенных продуктах питания; механические, реагирующие как на механические деформации, так и на чрезмерное давление; и термические, которые активируются ядовитым холодом или жарой при различных температурах.

Сенсорная система имеет несколько интересных особенностей, в том числе:

  • Примерно 90% знаний ребенка складывается из разговоров, происходящих в фоновом режиме, поэтому даже небольшая потеря слуха может привести к тому, что ребенок не сможет пройти хотя бы один класс.
  • Примерно 80% вашего вкуса напрямую зависит от того, что вы чувствуете. Поэтому, если вы закроете нос во время еды, которую вы не любите, у вас есть хорошие шансы не так сильно ее пробовать.
  • Каждые несколько дней ваши вкусовые рецепторы отмирают и восстанавливаются. С возрастом этот процесс регенерации замедляется и может даже привести к притуплению вкусовых рецепторов. Это может быть одной из причин, почему пожилые люди предпочитают в еде соль и специи.
  • Каждый час человеческий глаз может обрабатывать более 35 000 единиц информации.По сути, ваши глаза передают данные в мозг для обработки, чтобы к ним можно было мгновенно получить доступ.
  • У людей больше рецепторов боли, чем у кого-либо еще. Боль важна, потому что это система предупреждения вашего тела, что является одной из причин, почему маскировать боль перед тренировкой обычно не очень хорошая идея.
  • К наиболее чувствительным частям тела относятся кончики пальцев, подошвы ступней, губы и задняя часть шеи. Одна из наименее чувствительных частей — это середина спины, хотя многие массажисты уделяют ей наибольшее внимание.

Типы нервных систем

Центральная нервная система (ЦНС)

ЦНС, состоящая из головного и спинного мозга, представляет собой нерв, заключенный в кость.

Периферическая нервная система (ПНС)

ПНС, состоящая из всех других нервов вашего тела, включая все нервы, не заключенные в костную оболочку, состоит из двух основных категорий: соматическая нервная система и вегетативная нервная система.

  • Вегетативная нервная система контролирует функции организма, которые являются автоматическими. Подумайте о таких функциях, как легкие, частота сердечных сокращений и ваши внутренние органы, если вы едите нездоровую пищу, вам не нужно думать о том, чтобы впрыснуть желудочную кислоту в этот продукт или превратить пищу в жир и глюкозу, которые ваше тело использует для другие функции. Вегетативная нервная система делает это за вас. Другими словами, любая функция вашего тела, которая является автоматической и не находится под вашим контролем, является частью вегетативной нервной системы.Кроме того, вегетативная нервная система еще более делится на:

Парасимпатическая нервная система

Это часть вегетативной нервной системы, которая расслабляет нас. Если вы съели необычно обильный ужин, вы устали, кровь болтается в желудке, а ваши зрачки сужаются, так что жизнь хороша, по крайней мере, на данный момент. Это парасимпатическая нервная система в действии.

Симпатическая нервная система

Эта нервная система действует противоположно парасимпатической системе.Если вы нервничаете, расстраиваетесь или даже беспокоитесь, симпатическая нервная система начинает действовать. Он увеличивает частоту сердечных сокращений, перемещает много крови в руки и ноги и от желудка, а также расширяет зрачки.

Тело думает, что когда вы находитесь в состоянии стресса, существует вероятность того, что вы можете умереть, поэтому оно готовится либо драться, либо убегать. Это называется реакцией «бей или беги», и это то, на что лучше всего справляется симпатическая нервная система.

  • Соматическая нервная система контролирует все произвольные движения мышц, в том числе царапание при зуде, удары ногами по мячу и попытки взять пульт от телевизора.Следовательно, когда вы решаете заставить свои мышцы двигаться определенным образом, вы используете мотонейроны соматической нервной системы для выполнения этой задачи.

Интересные факты о нервной системе
  • Центральная нервная система, или ЦНС, состоит из головного и спинного мозга и сетчатки глаз. Череп защищает мозг, а скелетные позвонки защищают спинной мозг.
  • Периферическая нервная система, или ПНС, состоит из всех других структур нервной системы, расположенных за пределами ЦНС, но которые помогают соединять ЦНС с различными областями тела.
  • Нервная система очень сложна и, по сути, представляет собой электрическую проводку человеческого тела.
  • Все люди и животные, у которых есть позвоночник и позвоночник, имеют нервную систему позвоночных, которая разделена на две основные части — ЦНС и ПНС.
  • Ваша нервная система может передавать свои сигналы со скоростью более 300 футов в секунду.
  • Помимо 100 миллиардов нейронов в человеческом головном мозге, есть еще 13,5 миллионов нейронов в спинном мозге человека.
  • Сенсорные нейроны превращают сенсорные, звуковые и световые сигналы в нейронные сигналы, которые затем отправляются обратно в ЦНС, чтобы помочь телу реагировать на окружающее и понимать его.
  • Моторные нейроны передают свои нервные сигналы, чтобы активировать железы или мышцы.
  • Нервы в вашем теле уязвимы для всех типов повреждений, включая повреждения от различных болезней и даже физические повреждения. Если вы повредили нерв, возникает сильная боль, а также потеря мышечного контроля и потеря чувствительности в этой конкретной области.
  • Неврологи и нейрохирурги лечат заболевания нервной системы, а физиотерапевты помогают пациентам с повреждениями нервной системы.

Возможно, вам понравится наша статья о «7 различных типах активного транспорта»

Глоссарий терминов

Вегетативная нервная система: Являясь частью периферической нервной системы, она обеспечивает нервные связи с железами и гладкими мышцами внутренних органов.Разделенная на симпатическую и парасимпатическую нервные системы, некоторые эксперты считают кишечную систему третьим подразделением.

Axon: Отросток клетки, переносящий нервные импульсы от тела клетки к другим нейронам.

Центральная нервная система (ЦНС): Нервная система, состоящая из головного и спинного мозга.

Мозжечок: Расположен в задней части мозга, он контролирует основные движения, равновесие и даже позу.

Дендрит: Одно расширение тела клетки, которое состоит из поверхностей приема нейрона.

Gyrus: Возвышенная часть извилистой поверхности мозга.

Гипоталамус: В первую очередь участвует в функциях, связанных с эмоциями, голодом, жаждой и контролем над гипофизом.

Лимбическая система: В первую очередь контролирует память и эмоции.

Моторная кора: Это часть коры головного мозга, которая посылает импульсы моторным нейронам.Он также участвует в координации движений и расположен в лобной доле мозга.

Миелин: Жировая изоляция, окружающая аксон, улучшает скорость проведения нервных импульсов.

Нервная система: Система, которая распространяется по всему телу и соединяет каждый орган с мозгом. Обычно делятся на центральную нервную систему (ЦНС) и периферическую нервную систему (ПНС).

Нейротрансмиттер: Нейротрансмиттер — это химическое вещество, которое выделяется в синапсах и передает информацию следующему нейрону.

Парасимпатическая нервная система: Одна из двух систем, составляющих вегетативную нервную систему. Замедляет сердцебиение, сужает дыхательные пути, стимулирует пищеварение и сужает зрачки, а также выполняет другие действия для людей в расслабленном состоянии.

Периферическая нервная система (ПНС): Это часть нервной системы, включающая все нейроны и нервы, расположенные за пределами головного и спинного мозга (т. Е. За пределами центральной нервной системы).

Первичная моторная кора: Это область, которая инициирует произвольное движение.

Симпатическая нервная система: Одна из двух систем, составляющих вегетативную нервную систему. Он реагирует на стресс или страх и вызывает, среди прочего, расширение зрачков, расслабление дыхательных путей, учащенное сердцебиение и подавление слюноотделения.

Синапс: Синапс — это область между одним нейроном и следующим. Нейротрансмиттеры проходят через них и передают нейронные сообщения.

16.1 Нейроны и глиальные клетки — Концепции биологии — 1-е канадское издание

Глава 16. Нервная система

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Перечислить и описать функции структурных компонентов нейрона
  • Перечислите и опишите четыре основных типа нейронов
  • Сравнить функции разных типов глиальных клеток

Нервные системы всего животного царства различаются по структуре и сложности, как показано на рисунке 16.2. У некоторых организмов, таких как морские губки, отсутствует настоящая нервная система. У других, таких как медузы, отсутствует настоящий мозг, и вместо этого имеется система отдельных, но связанных нервных клеток (нейронов), называемая «нервной сетью». У иглокожих, таких как морские звезды, есть нервные клетки, которые связаны в волокна, называемые нервами. Плоские черви типа Platyhelminthes имеют как центральную нервную систему (ЦНС), состоящую из небольшого «мозга» и двух нервных связок, так и периферическую нервную систему (ПНС), содержащую систему нервов, которые проходят по всему телу.Нервная система насекомых более сложна, но также довольно децентрализована. Он содержит головной мозг, брюшной нервный тяж и ганглии (скопления связанных нейронов). Эти ганглии могут контролировать движения и поведение без участия мозга. У осьминогов может быть самая сложная нервная система беспозвоночных — у них есть нейроны, которые организованы в специализированные доли и глаза, которые структурно похожи на виды позвоночных.

Рисунок 16.2. Нервные системы различаются по структуре и сложности. У книдарийцев (а) нервные клетки образуют децентрализованную нервную сеть.В (б) иглокожих нервные клетки объединены в волокна, называемые нервами. У животных, демонстрирующих двустороннюю симметрию, таких как (c) планарии, нейроны группируются в переднюю часть мозга, которая обрабатывает информацию. В дополнение к головному мозгу у (г) членистоногих есть скопления тел нервных клеток, называемые периферическими ганглиями, расположенные вдоль брюшного нервного канатика. Моллюски, такие как кальмары и осьминоги, которые должны охотиться, чтобы выжить, имеют сложный мозг, содержащий миллионы нейронов. У (f) позвоночных головной и спинной мозг составляют центральную нервную систему, тогда как нейроны, простирающиеся в остальную часть тела, составляют периферическую нервную систему.(кредит е: модификация работы Майкла Веккионе, Клайда Ф. Э. Ропера и Майкла Дж. Суини, NOAA; кредит f: модификация работы NIH)

По сравнению с беспозвоночными, нервная система позвоночных более сложна, централизована и специализирована. Несмотря на большое разнообразие нервных систем позвоночных, все они имеют общую структуру: ЦНС, которая содержит головной и спинной мозг, и ПНС, состоящую из периферических сенсорных и двигательных нервов. Одно интересное различие между нервной системой беспозвоночных и позвоночных состоит в том, что нервные связки многих беспозвоночных расположены вентрально, тогда как спинной мозг позвоночных расположен дорсально.Среди эволюционных биологов ведутся споры о том, развивались ли эти разные планы нервной системы отдельно или план тела беспозвоночных каким-то образом «перевернулся» во время эволюции позвоночных.

Концепция в действии


Посмотрите это видео, в котором биолог Марк Киршнер обсуждает феномен «переворачивания» в эволюции позвоночных.

Нервная система состоит из нейронов, , специализированных клеток, которые могут принимать и передавать химические или электрические сигналы, и глии, , клеток, которые обеспечивают функции поддержки нейронов, играя роль обработки информации, которая дополняет нейроны.Нейрон можно сравнить с электрическим проводом — он передает сигнал из одного места в другое. Glia можно сравнить с рабочими в электроэнергетической компании, которые следят за тем, чтобы провода уходили в нужные места, обслуживают провода и разбирают сломанные провода. Хотя глии сравнивают с рабочими, недавние данные свидетельствуют о том, что они также узурпируют некоторые сигнальные функции нейронов.

Существует большое разнообразие типов нейронов и глии, присутствующих в разных частях нервной системы.Есть четыре основных типа нейронов, и у них есть несколько важных клеточных компонентов.

Нервная система обычной лабораторной мухи Drosophila melanogaster содержит около 100 000 нейронов, столько же, сколько у омара. Это число сравнивается с 75 миллионами у мышей и 300 миллионами у осьминогов. Человеческий мозг содержит около 86 миллиардов нейронов. Несмотря на эти очень разные числа, нервная система этих животных контролирует многие из одинаковых форм поведения — от базовых рефлексов до более сложных, таких как поиск еды и ухаживание за товарищами.В основе всего этого поведения лежит способность нейронов общаться друг с другом, а также с другими типами клеток.

Большинство нейронов имеют одни и те же клеточные компоненты. Но нейроны также очень специализированы — разные типы нейронов имеют разные размеры и формы, которые связаны с их функциональными ролями.

Как и другие клетки, каждый нейрон имеет клеточное тело (или сому), которое содержит ядро, гладкую и шероховатую эндоплазматическую сеть, аппарат Гольджи, митохондрии и другие клеточные компоненты.Нейроны также содержат уникальные структуры, показанные на рис. 16.3, для приема и отправки электрических сигналов, которые делают возможной нейронную коммуникацию. Дендриты представляют собой древовидные структуры, которые отходят от тела клетки для получения сообщений от других нейронов в специализированных соединениях, называемых синапсами . Хотя некоторые нейроны не имеют дендритов, некоторые типы нейронов имеют несколько дендритов. Дендриты могут иметь небольшие выступы, называемые дендритными шипами, которые дополнительно увеличивают площадь поверхности для возможных синаптических связей.

Как только дендрит получает сигнал, он пассивно проходит к телу клетки. Тело клетки содержит специализированную структуру, бугорок аксона , который объединяет сигналы от множества синапсов и служит связующим звеном между телом клетки и аксоном . Аксон представляет собой трубчатую структуру, которая передает интегрированный сигнал на специализированные окончания, называемые окончаниями аксона . Эти терминалы, в свою очередь, синапсы на других нейронах, мышцах или органах-мишенях.Химические вещества, выделяемые на окончаниях аксонов, позволяют передавать сигналы этим другим клеткам. Нейроны обычно имеют один или два аксона, но некоторые нейроны, такие как амакриновые клетки сетчатки, не содержат аксонов. Некоторые аксоны покрыты миелином , который действует как изолятор, чтобы минимизировать диссипацию электрического сигнала при его движении вниз по аксону, что значительно увеличивает скорость проводимости. Эта изоляция важна, поскольку длина аксона мотонейрона человека может достигать метра — от основания позвоночника до пальцев ног.Миелиновая оболочка на самом деле не является частью нейрона. Миелин вырабатывается глиальными клетками. Вдоль аксона в миелиновой оболочке периодически возникают разрывы. Эти промежутки называются узлами Ranvier и представляют собой участки, где сигнал «перезаряжается» по мере его прохождения по аксону.

Важно отметить, что отдельный нейрон не действует в одиночку — нейронная коммуникация зависит от связей, которые нейроны устанавливают друг с другом (а также с другими клетками, такими как мышечные клетки). Дендриты одного нейрона могут получать синаптический контакт со многими другими нейронами.Например, считается, что дендриты клетки Пуркинье в мозжечке получают контакт от 200 000 других нейронов.

Рисунок 16.3. Нейроны содержат органеллы, общие для многих других клеток, таких как ядро ​​и митохондрии. У них также есть более специализированные структуры, включая дендриты и аксоны.

Какое из следующих утверждений неверно?

  1. Сома — это клеточное тело нервной клетки.
  2. Миелиновая оболочка обеспечивает изолирующий слой дендритам.
  3. Аксоны несут сигнал от сомы к цели.
  4. Дендриты передают сигнал соме.

Существуют разные типы нейронов, и функциональная роль данного нейрона во многом зависит от его структуры. Существует удивительное разнообразие форм и размеров нейронов в разных частях нервной системы (и у разных видов), как показано на рис. 16.4.

Рисунок 16.4. Нейроны нервной системы очень разнообразны по размеру и форме.Примеры включают (а) пирамидную клетку из коры головного мозга, (б) клетку Пуркинье из коры мозжечка и (в) обонятельные клетки из обонятельного эпителия и обонятельной луковицы.

Хотя существует множество определенных подтипов нейронных клеток, нейроны в целом делятся на четыре основных типа: униполярные, биполярные, мультиполярные и псевдоуниполярные. На рисунке 16.5 показаны эти четыре основных типа нейронов. Униполярные нейроны имеют только одну структуру, отходящую от сомы. Эти нейроны не встречаются у позвоночных, но встречаются у насекомых, где они стимулируют мышцы или железы.Биполярный нейрон имеет один аксон и один дендрит, отходящие от сомы. Примером биполярного нейрона является биполярная клетка сетчатки, которая принимает сигналы от фоторецепторных клеток, чувствительных к свету, и передает эти сигналы ганглиозным клеткам, которые передают сигнал в мозг. Мультиполярные нейроны — наиболее распространенный тип нейронов. Каждый мультиполярный нейрон содержит один аксон и несколько дендритов. Мультиполярные нейроны можно найти в центральной нервной системе (головном и спинном мозге). Примером мультиполярного нейрона является клетка Пуркинье в мозжечке, которая имеет много ветвящихся дендритов, но только один аксон.Псевдоуниполярные клетки имеют общие характеристики как с униполярными, так и с биполярными клетками. Псевдоуниполярная клетка имеет единственный отросток, который идет от сомы, как униполярная клетка, но позже этот отросток разветвляется на две отдельные структуры, как биполярная клетка. Большинство сенсорных нейронов являются псевдоуниполярными и имеют аксон, который разветвляется на два расширения: одно связано с дендритами, которые получают сенсорную информацию, а другое — передает эту информацию в спинной мозг.

Рисунок 16.5. Нейроны в целом делятся на четыре основных типа в зависимости от количества и расположения аксонов: (1) униполярные, (2) биполярные, (3) мультиполярные и (4) псевдоуниполярные.

Нейрогенез

Когда-то ученые считали, что люди рождаются со всеми нейронами, которые у них когда-либо будут. Исследования, проведенные в течение последних нескольких десятилетий, показывают, что нейрогенез, рождение новых нейронов, продолжается и во взрослой жизни. Нейрогенез был впервые обнаружен у певчих птиц, которые производят новые нейроны во время разучивания песен. Для млекопитающих новые нейроны также играют важную роль в обучении: около 1000 новых нейронов развиваются в гиппокампе (структура мозга, участвующая в обучении и памяти) каждый день.Хотя большинство новых нейронов умрут, исследователи обнаружили, что увеличение количества выживших новых нейронов в гиппокампе коррелирует с тем, насколько хорошо крысы усвоили новую задачу. Интересно, что и упражнения, и некоторые антидепрессанты также способствуют нейрогенезу в гиппокампе. Стресс имеет противоположный эффект. Хотя нейрогенез довольно ограничен по сравнению с регенерацией в других тканях, исследования в этой области могут привести к новым методам лечения таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера, инсульт и эпилепсия.

Как ученые идентифицируют новые нейроны? Исследователь может ввести соединение под названием бромдезоксиуридин (BrdU) в мозг животного. В то время как все клетки будут подвергаться воздействию BrdU, BrdU будет включен только в ДНК вновь созданных клеток, которые находятся в S-фазе. Метод, называемый иммуногистохимией, может использоваться для прикрепления флуоресцентной метки к встроенному BrdU, а исследователь может использовать флуоресцентную микроскопию для визуализации присутствия BrdU и, следовательно, новых нейронов в ткани мозга.Рисунок 16.6 представляет собой микрофотографию, на которой показаны флуоресцентно меченые нейроны в гиппокампе крысы.

Рисунок 16.6. На этой микрофотографии показаны флуоресцентно меченые новые нейроны в гиппокампе крысы. Активно делящиеся клетки содержат бромодоксиуридин (BrdU), включенный в их ДНК, и помечены красным цветом. Клетки, которые экспрессируют глиальный фибриллярный кислый белок (GFAP), помечены зеленым. Астроциты, но не нейроны, экспрессируют GFAP. Таким образом, клетки, помеченные как красным, так и зеленым, активно делят астроциты, тогда как клетки, помеченные только красным, активно делят нейроны.(кредит: модификация работы доктора Марьям Фаиз и др., Университет Барселоны; данные шкалы от Мэтта Рассела)

Концепция в действии


Этот сайт содержит дополнительную информацию о нейрогенезе, включая интерактивное лабораторное моделирование и видео, объясняющее, как BrdU маркирует новые клетки.

В то время как глия часто рассматривается как вспомогательный состав нервной системы, количество глиальных клеток в головном мозге на самом деле превышает количество нейронов в десять раз.Нейроны не смогли бы функционировать без тех жизненно важных ролей, которые выполняются этими глиальными клетками. Глия направляет развивающиеся нейроны к месту их назначения, буферные ионы и химические вещества, которые в противном случае могут повредить нейроны, и обеспечивают миелиновые оболочки вокруг аксонов. Ученые недавно обнаружили, что они также играют роль в реакции на нервную активность и модуляции связи между нервными клетками. Когда глия не функционирует должным образом, результат может быть катастрофическим — большинство опухолей головного мозга вызвано мутациями в глии.

Существует несколько разных типов глии с разными функциями, два из которых показаны на рис. 16.7. Астроциты , показанные на рисунке 16.8 a , контактируют как с капиллярами, так и с нейронами в ЦНС. Они обеспечивают нейроны питательными и другими веществами, регулируют концентрацию ионов и химических веществ во внеклеточной жидкости и обеспечивают структурную поддержку синапсов. Астроциты также образуют гематоэнцефалический барьер — структуру, блокирующую попадание токсичных веществ в мозг.В частности, с помощью экспериментов по визуализации кальция было показано, что астроциты становятся активными в ответ на нервную активность, передают кальциевые волны между астроцитами и модулируют активность окружающих синапсов. Спутниковая глия обеспечивает питательные вещества и структурную поддержку нейронов в ПНС. Microglia собирает и разлагает мертвые клетки и защищает мозг от вторжения микроорганизмов. Олигодендроциты , показанные на рисунке 16.8 b , образуют миелиновые оболочки вокруг аксонов в ЦНС.Один аксон может быть миелинизирован несколькими олигодендроцитами, а один олигодендроцит может обеспечивать миелином несколько нейронов. Это отличается от PNS, где одна шванновская клетка обеспечивает миелин только для одного аксона, поскольку вся шванновская клетка окружает аксон. Радиальная глия служит каркасом для развивающихся нейронов, когда они мигрируют к своим конечным пунктам назначения. Эпендимальные клетки выстилают заполненные жидкостью желудочки головного мозга и центральный канал спинного мозга.Они участвуют в производстве спинномозговой жидкости, которая служит подушкой для мозга, перемещает жидкость между спинным мозгом и головным мозгом и является компонентом сосудистого сплетения.

Рисунок 16.7.
Глиальные клетки поддерживают нейроны и поддерживают окружающую их среду. Глиальные клетки центральной нервной системы (а) включают олигодендроциты, астроциты, эпендимные клетки и микроглиальные клетки. Олигодендроциты образуют миелиновую оболочку вокруг аксонов. Астроциты обеспечивают нейроны питательными веществами, поддерживают их внеклеточную среду и обеспечивают структурную поддержку.Микроглия улавливает патогены и мертвые клетки. Эпендимные клетки производят спинномозговую жидкость, которая смягчает нейроны. Глиальные клетки периферической нервной системы (b) включают шванновские клетки, которые образуют миелиновую оболочку, и сателлитные клетки, которые обеспечивают питательные вещества и структурную поддержку нейронов.

Нейронные цепи — Неврология — Книжная полка NCBI

Нейроны никогда не функционируют изолированно; они организованы в ансамбли или схемы , которые обрабатывают определенные виды информации.Хотя расположение нейронных цепей сильно варьируется в зависимости от предполагаемой функции, некоторые особенности характерны для всех таких ансамблей. Синаптические связи которые определяют цепь, как правило, состоят из плотного клубка дендритов, аксонов терминалы и отростки глиальных клеток, которые вместе составляют нейропиль (суффикс — пил происходит от греческого слова пилос , что означает «чувствовала»; видеть ). Таким образом, нейропиль между телами нервных клеток — это область, где больше всего синаптических клеток. подключение происходит.Направление информационного потока в любой конкретной цепи важно для понимания его функции. Нервные клетки, несущие информацию к центральная нервная система (или дальше в центре спинного и головного мозга) называются афферентных нейронов ; нервные клетки, которые уносят информацию от головного или спинного мозга (или вне рассматриваемого контура) называются эфферентных нейронов . Нервные клетки, которые участвуют только в локальном аспекты цепи называются интернейронами или нейронами локальной цепи.Эти три классы — афферентные нейроны, эфферентные нейроны и интернейроны — являются основные составляющие всех нейронных цепей.

Нейронные цепи являются анатомическими и функциональными объектами. Простой пример — цепь, которая обслуживает myotatic (или «Коленный рефлекс») спинномозговой рефлекс (). Афферентная конечность рефлекса сенсорная. нейроны ганглия задних корешков на периферии. Эти афференты целевые нейроны спинного мозга. Эфферентная конечность состоит из мотонейронов в вентральный рог спинного мозга с различными периферическими целями: один эфферент группа проецирует на мышцы-сгибатели конечности, а другая — на мышцы-разгибатели.В третий элемент этого контура — интернейроны в вентральном роге спинного мозга. шнур. Интернейроны получают синаптические контакты от сенсорных афферентных нейронов. и создают синапсы на эфферентных двигательных нейронах, которые проецируются на мышцы-сгибатели. Синаптические связи между сенсорными афферентами и эфферентами разгибателей возбуждают, заставляя сокращаться мышцы-разгибатели; наоборот, интернейроны, активируемые афферентами, являются тормозящими, и их активация осуществляется афференты уменьшают электрическую активность мотонейронов и вызывают сгибатель мышцы, чтобы стать менее активными ().Результатом является дополнительная активация и деактивация синергиста и мышцы-антагонисты, контролирующие положение ноги.

Рисунок 1.5

Простая рефлекторная схема, реакция коленного рефлекса (более формально миотатический рефлекс), иллюстрирует несколько моментов, касающихся функционального организация нейронных цепей. Стимуляция периферийных датчиков (а рецептор растяжения мышцы в данном случае) инициирует (подробнее …)

Рисунок 1.6

Относительная частота потенциалов действия в различных компонентах миотатический рефлекс как рефлекторный путь активирован.

Более подробная картина событий, лежащих в основе миотической или любой другой цепи. можно получить путем электрофизиологической записи (и). Есть два основных подхода к измерению электрической активности: внеклеточная запись, где электрод помещается рядом с интересующей нервной клетки для обнаружения активность и внутриклеточная запись в месте размещения электрода внутри ячейки. Такие записи обнаруживают два основных типа сигналы. Внеклеточные записи в первую очередь обнаруживают потенциалы действия, изменения потенциала мембран нервных клеток по принципу «все или ничего», которые передают информация из одной точки в другую в нервной системе.Внутриклеточный записи могут обнаруживать более мелкие потенциальные изменения, которые служат для запуска потенциалы действия. Эти ступенчатые запускающие потенциалы могут возникать при любом сенсорном рецепторы или синапсы и называются рецепторными потенциалами или синаптическими потенциалами, соответственно. Для миотической цепи можно измерить активность потенциала действия. от каждого элемента (афферентов, эфферентов и интернейронов) до, во время и после раздражитель (см.). Сравнивая начало, продолжительность и частота активности потенциала действия в каждой клетке, Функциональная картина схемы вырисовывается.В результате раздражителя сенсорная нейрон запускается с более высокой частотой (т. е. больше потенциалов действия на единица времени). Это увеличение, в свою очередь, вызывает более высокую частоту потенциалов действия. как в двигательных нейронах-разгибателях, так и в интернейронах. Одновременно тормозящие синапсы, создаваемые интернейронами на сгибательные двигательные нейроны, вызывают частота потенциалов действия в этих клетках снижается. Использование внутриклеточного записи (см. главу 2), это можно непосредственно наблюдать потенциальные изменения, лежащие в основе синаптических соединения миотатической рефлекторной цепи, как показано на.

Рис. 1.7

Внутриклеточно регистрируемые ответы, лежащие в основе миотатического рефлекса.

No related posts.

Написать ответ

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *