Zmožnost celic, da se odzovejo na dražljaje iz zunanjega sveta, je glavno merilo živega organizma. Strukturni elementi živčnega tkiva - nevroni sesalcev in ljudi - so sposobni preoblikovati dražljaje (svetloba, vonj, zvočni valovi) v proces vzbujanja. Njen končni rezultat je ustrezna reakcija telesa kot odziv na različne vplive okolja. V tem članku bomo preučevali delovanje možganskih nevronov in perifernih delov živčnega sistema ter obravnavali tudi klasifikacijo nevronov v povezavi s posebnostmi njihovega delovanja v živih organizmih.
Tvorba živčnega tkiva
Preden preučimo funkcije nevrona, poglejmo, kako nastanejo nevrocitne celice. V fazi nevrule je nevralna cev položena v zarodek. Nastane iz ektodermalnegalist z odebelitvijo - nevronska plošča. Razširjeni konec cevi bo kasneje tvoril pet delov v obliki možganskih mehurčkov. Sestavljajo dele možganov. Glavni del nevralne cevi v procesu embrionalnega razvoja tvori hrbtenjačo, iz katere izhaja 31 parov živcev.
Nevroni možganov se združijo in tvorijo jedra. Iz njih izhaja 12 parov lobanjskih živcev. V človeškem telesu je živčni sistem razdeljen na osrednji del - možgane in hrbtenjačo, ki ga sestavljajo nevrocitne celice, in podporno tkivo - nevroglia. Periferni del je sestavljen iz somatskih in vegetativnih delov. Njihovi živčni končiči inervirajo vse organe in tkiva v telesu.
Nevroni so strukturne enote živčnega sistema
Imajo različne velikosti, oblike in lastnosti. Funkcije nevrona so raznolike: sodelovanje pri tvorbi refleksnih lokov, zaznavanje draženja iz zunanjega okolja, prenos nastalega vzbujanja na druge celice. Nevron ima več vej. Dolgi je akson, kratki se vejejo in se imenujejo dendriti.
Citološke študije so v telesu živčne celice odkrile jedro z enim ali dvema jedroma, dobro oblikovan endoplazmatski retikulum, veliko mitohondrijev in močan aparat za sintezo beljakovin. Predstavljajo ga ribosomi ter molekule RNA in mRNA. Te snovi tvorijo specifično strukturo nevrocitov – Nisslovo snov. Posebnost živčnih celic - veliko število procesov prispeva k dejstvu, da je glavna funkcija nevrona prenos živca.impulzi. Zagotavljajo ga tako dendriti kot akson. Prvi zaznavajo signale in jih prenašajo v telo nevrocita, akson, edini zelo dolg proces, pa vodi vzbujanje do drugih živčnih celic. Ko nadaljujemo z iskanjem odgovora na vprašanje: kakšno funkcijo opravljajo nevroni, se obrnimo na struktura takšne snovi, kot je nevroglia.
Strukture živčnega tkiva
Nevrociti so obdani s posebno snovjo, ki ima podporne in zaščitne lastnosti. Ima tudi značilno sposobnost delitve. Ta povezava se imenuje nevroglia.
Ta struktura je v tesni povezavi z živčnimi celicami. Ker sta glavni funkciji nevrona generiranje in prevajanje živčnih impulzov, na glialne celice vpliva proces vzbujanja in spreminjajo svoje električne lastnosti. Poleg trofičnih in zaščitnih funkcij glia zagotavlja presnovne reakcije v nevrocitih in prispeva k plastičnosti živčnega tkiva.
Mehanizem izvajanja vzbujanja v nevronih
Vsaka živčna celica tvori več tisoč stikov z drugimi nevrociti. Električni impulzi, ki so osnova procesov vzbujanja, se prenašajo iz telesa nevrona vzdolž aksona in pride v stik z drugimi strukturnimi elementi živčnega tkiva ali vstopi neposredno v delovni organ, na primer v mišico. Da bi ugotovili, kakšno funkcijo opravljajo nevroni, je treba preučiti mehanizem prenosa vzbujanja. Izvajajo ga aksoni. V motoričnih živcih so pokriti z mielinsko ovojnico in se imenujejo kašasti. V vegetativnemživčni sistem so nemielinizirani procesi. Skozi njih naj bi vzbujanje vstopilo v sosednji nevrocit.
Kaj je sinapsa
Mesto, kjer se srečata dve celici, se imenuje sinapsa. Prenos vzbujanja v njem poteka bodisi s pomočjo kemičnih snovi - mediatorjev, bodisi s prehodom ionov iz enega nevrona v drugega, torej z električnimi impulzi.
Zaradi tvorbe sinaps nevroni ustvarijo mrežasto strukturo stebelnega dela možganov in hrbtenjače. Imenuje se retikularna formacija, začne se iz spodnjega dela podolgovate medule in zajame jedra možganskega debla ali možganske nevrone. Mrežasta struktura ohranja aktivno stanje možganske skorje in usmerja refleksna dejanja hrbtenjače.
Umetna inteligenca
Idejo o sinaptičnih povezavah med nevroni osrednjega živčnega sistema in preučevanju funkcij retikularnih informacij trenutno uteleša znanost v obliki umetne nevronske mreže. V njej so izhodi ene umetne živčne celice povezani z vhodi druge s posebnimi povezavami, ki v svojih funkcijah podvajajo prave sinapse. Aktivacijska funkcija nevrona umetnega nevroračunalnika je seštevek vseh vhodnih signalov, ki vstopajo v umetno živčno celico, pretvorjenih v nelinearno funkcijo linearne komponente. Imenuje se tudi funkcija aktiviranja (prenos). Pri ustvarjanju umetne inteligence so najbolj razširjene linearne, pollinearne in postopne aktivacijske funkcije.nevron.
aferentni nevrociti
Imenujemo jih tudi občutljivi in imajo kratke procese, ki vstopajo v celice kože in v vse notranje organe (receptorje). Ko zaznajo draženje zunanjega okolja, jih receptorji pretvorijo v proces vzbujanja. Glede na vrsto dražljaja delimo živčne končiče na: termoreceptorje, mehanoreceptorje, nociceptorje. Tako so funkcije občutljivega nevrona zaznavanje dražljajev, njihova diskriminacija, generiranje vzbujanja in njegov prenos v centralni živčni sistem. Senzorični nevroni vstopijo v dorzalne rogove hrbtenjače. Njihova telesa se nahajajo v vozliščih (ganglijih), ki se nahajajo zunaj osrednjega živčnega sistema. Tako nastanejo gangliji lobanjskih in hrbtenjačnih živcev. Aferentni nevroni imajo veliko število dendritov; skupaj z aksonom in telesom so bistveni sestavni del vseh refleksnih lokov. Zato so funkcije občutljivega nevrona tako v prenosu procesa vzbujanja v možgane in hrbtenjačo kot v sodelovanju pri tvorbi refleksov.
Lastnosti interneurona
Še naprej preučujemo lastnosti strukturnih elementov živčnega tkiva, ugotovimo, kakšno funkcijo opravljajo internevroni. Ta vrsta živčnih celic sprejema bioelektrične impulze iz senzoričnih nevrocitov in jih prenaša:
a) drugi internevroni;
b) motorični nevrociti.
Večina internevronov ima aksone, katerih končni deli so terminali, povezani z nevrociti enega centra.
Interkalarni nevron, katerega funkcije sta integracija vzbujanja in njegova distribucija naprej v dele centralnega živčnega sistema, je bistvena sestavina večine brezpogojnih refleksov in pogojnih refleksnih živčnih lokov. Ekscitatorni internevroni spodbujajo prenos signala med funkcionalnimi skupinami nevrocitov. Inhibitorne interkalarne živčne celice prejmejo vzbujanje iz lastnega središča s povratnimi informacijami. To prispeva k temu, da interkalarni nevron, katerega funkciji sta prenos in dolgoročno ohranjanje živčnih impulzov, zagotavlja aktivacijo senzoričnih hrbteničnih živcev.
Funkcija motoričnega nevrona
Motoneuron je končna strukturna enota refleksnega loka. Ima veliko telo, zaprto v sprednjih rogovih hrbtenjače. Tiste živčne celice, ki inervirajo skeletne mišice, imajo imena teh motoričnih elementov. Drugi eferentni nevrociti vstopijo v izločajoče celice žlez in povzročijo sproščanje ustreznih snovi: skrivnosti, hormoni. Pri neprostovoljnih, torej brezpogojnih refleksnih dejanjih (požiranje, slinjenje, iztrebljanje), eferentni nevroni odhajajo iz hrbtenjače ali iz možganskega debla. Za izvajanje kompleksnih dejanj in gibov telo uporablja dve vrsti centrifugalnih nevrocitov: centralni motor in periferni motor. Telo osrednjega motoričnega nevrona se nahaja v možganski skorji, blizu Rolandove brazde.
Telesa perifernih motoričnih nevrocitov, ki inervirajo mišice okončin, trupa, vratu,ki se nahajajo v sprednjih rogovih hrbtenjače, njihovi dolgi procesi - aksoni - pa izhajajo iz sprednjih korenin. Tvorijo motorna vlakna 31 parov hrbteničnih živcev. Periferni motorični nevrociti, ki inervirajo mišice obraza, žrela, grla in jezika, se nahajajo v jedrih vagusnih, hipoglosnih in glosofaringealnih lobanjskih živcev. Zato je glavna funkcija motoričnega nevrona neovirano prevajanje vzbujanja do mišic, izločajočih celic in drugih delovnih organov.
Presnova v nevrocitih
Glavne funkcije nevrona - tvorba bioelektričnega akcijskega potenciala in njegov prenos na druge živčne celice, mišice, izločajoče celice - so posledica strukturnih značilnosti nevrocita, pa tudi specifičnih presnovnih reakcij. Citološke študije so pokazale, da nevroni vsebujejo veliko število mitohondrijev, ki sintetizirajo molekule ATP, razvit granularni retikulum s številnimi ribosomskimi delci. Aktivno sintetizirajo celične beljakovine. Membrana živčne celice in njeni procesi - akson in dendriti - opravljajo funkcijo selektivnega transporta molekul in ionov. Presnovne reakcije v nevrocitih potekajo s sodelovanjem različnih encimov in so označene z visoko intenzivnostjo.
prenos vzbujanja v sinapsah
Ob upoštevanju mehanizma izvajanja vzbujanja v nevronih smo se seznanili s sinapsami – tvorbami, ki nastanejo na mestu stika dveh nevrocitov. Vzbujanje v prvi živčni celici povzroči nastanek molekul kemičnih snovi - mediatorjev - v kolateralah njenega aksona. Tej vključujejoaminokisline, acetilholin, norepinefrin. Izpuščen iz veziklov sinoptičnih končičev v sinoptični razcepi, lahko vpliva tako na lastno postsinaptično membrano kot na lupine sosednjih nevronov.
Molekule nevrotransmiterja služijo kot dražilno za drugo živčno celico, kar povzroča spremembe v nabojih v njeni membrani – akcijski potencial. Tako se vzbujanje hitro razširi po živčnih vlaknih in doseže dele centralnega živčnega sistema ali pa vstopi v mišice in žleze, kar povzroči njihovo ustrezno delovanje.
Nevronska plastičnost
Znanstveniki so ugotovili, da se v procesu embriogeneze, in sicer v fazi nevrulacije, iz ektoderme razvije zelo veliko število primarnih nevronov. Približno 65% jih umre pred rojstvom osebe. Med ontogenezo se nekatere možganske celice še naprej izločajo. To je naraven programiran proces. Nevrociti, za razliko od epitelijskih ali vezivnih celic, niso sposobni delitve in regeneracije, saj so geni, ki so odgovorni za te procese, inaktivirani v človeških kromosomih. Kljub temu se lahko možgani in duševna zmogljivost ohranjajo več let, ne da bi se bistveno zmanjšali. To je razloženo z dejstvom, da funkcije nevrona, izgubljene v procesu ontogeneze, prevzamejo druge živčne celice. Povečati morajo svojo presnovo in ustvariti nove dodatne živčne povezave, ki nadomeščajo izgubljene funkcije. Ta pojav se imenuje plastičnost nevrocitov.
Kajse odraža v nevronih
Ob koncu 20. stoletja je skupina italijanskih nevrofiziologov ugotovila zanimivo dejstvo: v živčnih celicah je možen zrcalni odsev zavesti. To pomeni, da se v možganski skorji oblikuje fantom zavesti ljudi, s katerimi komuniciramo. Nevroni, vključeni v zrcalni sistem, delujejo kot resonatorji za miselno dejavnost okoliških ljudi. Zato je oseba sposobna napovedati namere sogovornika. Struktura takšnih nevrocitov zagotavlja tudi poseben psihološki pojav, imenovan empatija. Zanj je značilna sposobnost prodreti v svet čustev druge osebe in se vživeti v njihova čustva.
