Jak działa ludzki mózg?

Mózg funkcjonuje jako strukturalna i funkcjonalna jednostka składająca się głównie z dwóch typów komórek: neuronów i komórek glejowych. Szacuje się, że w całym ludzkim układzie nerwowym znajduje się około 100 miliardów neuronów i około 1000 miliardów komórek glejowych (istnieje 10 razy więcej komórek glejowych niż neuronów).

Neurony są wysoce wyspecjalizowane, a ich funkcje polegają na odbieraniu, przetwarzaniu i przesyłaniu informacji przez różne obwody i systemy. Proces przekazywania informacji odbywa się poprzez synapsy, które mogą być elektryczne lub chemiczne.

Z drugiej strony, komórki glejowe są odpowiedzialne za regulację wewnętrznego środowiska mózgu i ułatwiają proces komunikacji neuronalnej. Komórki te są rozmieszczone w całym układzie nerwowym, jeśli są ustrukturyzowane i biorą udział w procesach rozwoju i tworzenia mózgu.

Dawniej uważano, że komórki glejowe tworzą tylko strukturę układu nerwowego, stąd słynny mit, że używamy tylko 10% naszego mózgu. Ale dziś wiemy, że spełnia znacznie bardziej złożone funkcje, na przykład związane są z regulacją układu odpornościowego i procesami plastyczności komórek po doznaniu urazu.

Ponadto są one niezbędne do prawidłowego funkcjonowania neuronów, ponieważ ułatwiają komunikację neuronalną i odgrywają ważną rolę w transporcie składników odżywczych do neuronów.

Jak można się domyślić, ludzki mózg jest imponująco złożony. Szacuje się, że dorosły ludzki mózg zawiera od 100 do 500 bilionów połączeń, a nasza galaktyka ma około 100 bilionów gwiazd, więc można stwierdzić, że ludzki mózg jest znacznie bardziej złożony niż galaktyka (García, Núñez, Santín, Redolar, & Valero, 2014).

Komunikacja między neuronami: synapsy

Funkcja mózgu polega na przekazywaniu informacji między neuronami, ta transmisja odbywa się poprzez mniej lub bardziej złożoną procedurę zwaną synapsą.

Synapsy mogą być elektryczne lub chemiczne. Synapsy elektryczne polegają na dwukierunkowym przekazywaniu prądu elektrycznego bezpośrednio między dwoma neuronami, podczas gdy w synapsach chemicznych brakuje pośredników zwanych neuroprzekaźnikami..

Zasadniczo, gdy neuron komunikuje się z innym neuronem, aby go aktywować lub zahamować, końcowe efekty obserwowalne w zachowaniu lub w pewnym procesie fizjologicznym są wynikiem wzbudzenia i zahamowania kilku neuronów wzdłuż obwodu neuronowego.

Synapsy elektryczne

Synapsy elektryczne są znacznie szybsze i prostsze niż synapsy chemiczne. Wyjaśnione w prosty sposób, polegają na przekazywaniu prądów depolaryzujących między dwoma neuronami, które są dość blisko, prawie sklejone. Ten typ synaps zwykle nie powoduje długotrwałych zmian w neuronach postsynaptycznych.

Synapsy te występują w neuronach, które mają zwarte połączenie, w którym membrany są prawie dotknięte, oddzielone o kilka 2-4nm. Przestrzeń między neuronami jest tak mała, ponieważ ich neurony muszą być połączone kanałami utworzonymi przez białka zwane koneksynami.

Kanały utworzone przez koneksyny pozwalają komunikować się wewnątrz obu neuronów. Przez te pory mogą przechodzić małe cząsteczki (mniej niż 1 kDa), więc synapsy chemiczne są związane z metabolicznymi procesami komunikacyjnymi, oprócz komunikacji elektrycznej, poprzez wymianę drugich przekaźników, które występują w synapsie, takich jak inozytolotrifosforan ( IP₃) lub cykliczny monofosforan adenozyny (cAMP).

Synapsy elektryczne są zwykle tworzone między neuronami tego samego typu, jednak synapsy elektryczne mogą być również obserwowane między neuronami różnych typów lub nawet między neuronami i astrocytami (rodzaj komórek glejowych).

Synapsy elektryczne pozwalają neuronom komunikować się w szybki sposób i synchronicznie łączyć wiele neuronów. Dzięki tym właściwościom jesteśmy w stanie wykonywać złożone procesy, które wymagają szybkiej transmisji informacji, takich jak procesy sensoryczne, motoryczne i poznawcze (uwaga, pamięć, uczenie się ...).

Synapsy chemiczne

Synapsy chemiczne występują między sąsiednimi neuronami, w których połączony jest element presynaptyczny, zwykle aksonalny terminal, który emituje sygnał, i postsynaptyczny, który zwykle znajduje się w somie lub dendrytach, który odbiera sygnał. sygnał.

Neurony te nie tkwią, między nimi znajduje się przestrzeń 20nm zwana szczeliną synaptyczną.

Istnieją różne rodzaje synaps chemicznych w zależności od ich cech morfologicznych. Według Graya (1959) synapsy chemiczne można podzielić na dwie grupy.

• Synapsy chemiczne typu I. (asymetryczny) W tych synapsach element presynaptyczny jest tworzony przez zakończenia aksonalne zawierające zaokrąglone pęcherzyki, a postsynaptyczny znajduje się w dendrytach i występuje wysoka gęstość receptorów postsynaptycznych.
• Synapsy chemiczne typu II (symetryczny) W synapsach tych presynaptyczny składnik jest tworzony przez aksonalne końcówki zawierające owalne pęcherzyki, a postsynaptyczny można znaleźć zarówno w soma, jak iw dendrytach, i jest mniejsza gęstość receptorów postsynaptycznych niż w synapsach typu I. Inne różnice w tym rodzaj synapsy w porównaniu z typem I polega na tym, że jej szczelina synaptyczna jest węższa (około 12 nm).

Rodzaj synaps zależy od neuroprzekaźników w nim uczestniczących, tak że pobudzające neuroprzekaźniki, takie jak glutaminian, biorą udział w synapsach typu I, podczas gdy inhibitory, takie jak GABA, byłyby zaangażowane w synapsy typu II..

Chociaż nie występuje to w całym układzie nerwowym, w niektórych obszarach, takich jak rdzeń kręgowy, istota czarna, zwoje podstawy i kollikle, istnieją synapsy GABA-ergiczne o strukturze typu I.

Innym sposobem klasyfikacji synaps jest zależność od komponentów presynaptycznych i postsynaptycznych, które je tworzą. Na przykład, jeśli zarówno składnik presynaptyczny jest aksonem, a postsynaptyczny a dendryt, nazywane są synapsami aksendendrytycznymi, w ten sposób możemy znaleźć synapsy aksaksoniczne, aksosomatyczne, dendroaksoniczne, dendrodendrytyczne ...

Typem synaps, który występuje najczęściej w ośrodkowym układzie nerwowym, są synapsy asymetryczne typu I (asymetryczne). Szacuje się, że od 75 do 95% synaps kory mózgowej to typ I, podczas gdy tylko od 5 do 25% to synapsy typu II.

Synapsy chemiczne można podsumować w następujący sposób:

1. Potencjał działania dociera do końcówki aksonu, otwiera wapniowe kanały jonowe (Ca²⁺) i przepływ jonów jest uwalniany do szczeliny synaptycznej.
2. Przepływ jonów wyzwala proces, w którym pęcherzyki, pełne neuroprzekaźników, wiążą się z błoną postsynaptyczną i otwierają por, przez który cała jego zawartość jest uwalniana do szczeliny synaptycznej..
3. Uwolnione neuroprzekaźniki wiążą się ze specyficznym receptorem postsynaptycznym dla tego neuroprzekaźnika.
4. Wiązanie neuroprzekaźnika z neuronem postsynaptycznym reguluje funkcje neuronu postsynaptycznego.

Neuroprzekaźniki i neuromodulatory

Koncepcja neuroprzekaźnika obejmuje wszystkie substancje, które są uwalniane w synapsie chemicznej i które umożliwiają komunikację neuronalną. Neuroprzekaźniki spełniają następujące kryteria:

• Są syntetyzowane w neuronach i są obecne w końcówkach aksonów.
• Gdy uwolniona zostanie wystarczająca ilość neuroprzekaźnika, wywiera on wpływ na sąsiednie neurony.
• Po zakończeniu zadania zostają wyeliminowani poprzez mechanizmy degradacji, dezaktywacji lub odzyskania.

Neuromodulatory to substancje, które uzupełniają działanie neuroprzekaźników poprzez zwiększanie lub zmniejszanie ich działania. Robią to łącząc określone miejsca w obrębie receptora postsynaptycznego.

Istnieje wiele rodzajów neuroprzekaźników, z których najważniejsze to:

• Aminokwasy, które mogą być pobudzające, takie jak glutaminian lub inhibitory, takie jak kwas γ-aminomasłowy, lepiej znany jako GABA.
• Acetylocholina.
• Katecholamidy, takie jak dopamina lub noradrenalina
• Indolaminy, takie jak serotonina.
• Neuropeptydy.

Referencje

1. García, R., Núñez, Santín, L., Redolar, D., i Valero, A. (2014). Neurony i komunikacja neuronowa. W D. Redolar, Neurobiologia poznawcza (str. 27-66). Madryt: Panamericana Medical.
2. Gary, E. (1959). Synapsa aksomatyczna i aksadendrytyczna kory mózgowej: badanie mikroskopem elektronowym. J. Anat, 93, 420-433.
3. Interns, H. (s.f.). Jak działa mózg? Ogólne zasady. Źródło: 1 lipca 2016 r. Od Science for All.