Древо познания
Шрифт:
Нейронная структура
Отличительном особенностью нейронов служат их цитоплазматические отростки, имеющие характерную форму и простирающиеся очень далеко, у наиболее крупных нейронов — на десятки миллиметров Эта универсальная особенность нейронов, присущая всем организмам, обладающим нервной системой, определяет специфическую роль, которую нервная система играет в единствах второго порядка, обеспечивая контакт между клеточными элементами, расположенными в различных частях организма, и тем самым интегрируя их деятельность. Невозможно не заметить те поразительные изменения, которым должна была подвергнуться клетка, чтобы ее размер, первоначально не превышавший нескольких миллионных долей миллиметра, увеличился,
Рис 44. Нейрон и его аксоны
Своим физическим присутствием нейроны различными способами связывают клеточные группы, которые в отсутствие нейронов были бы объединены только общей циркуляцией внутренних веществ организма. Физическое присутствие нейрона делает возможным транспорт веществ между двумя областями весьма специфическим путем, не влияющим на окружающие клетки и их локальное снабжение. Отличительная особенность связей и взаимодействий, которые становятся возможными благодаря нейронным сетям, — ключ к пониманию функционирования нервной системы.
Между нейронами существуют взаимные влияния многих типов. Наиболее известные из них — электрические импульсы, которые распространяются по отростку нейрона аксону со скоростью лесного пожара. Именно поэтому часто говорят, что нервная система — орган, функционирующий на основе электрических импульсов. Но такое мнение верно лишь отчасти, поскольку аксоны контактируют между собой не только посредством электрических импульсов, но и через вещества, транспортируемые внутри аксона, которые, выделяясь из окончаний (или поступая в окончания), вызывают в нейронах, эффекторах или сенсорах, с которыми они контактируют, изменения дифференциации или роста.
С какими типами клеток контактируют нейроны? По сути дела, они соединяются почти со всеми типами клеток внутри организма, но через свои отростки контактируют в основном с другими нейронами В свою очередь, отростки нейронов высокоспециализированы; они известны под названием дендритов и аксонов. Между этими зонами и телами клеток устанавливаются контакты, которые называются синапсами.
Синапс — это точка, в которой происходит взаимодействие между нейроном и тем с чем он контактирует. Поэтому синапсы — эффективные структуры, позволяющие нервной системе обеспечивать взаимное влияние друг на друга удаленных групп клеток.
Хотя подавляющее большинство синаптических контактов в нервной системе происходит между самими нейронами, нейроны образуют в организме синапсы и с клетками других типов. Таковы например- клетки, которые мы обобщенно называем клетками сенсорной поверхности. У гидры сенсорная поверхность состоит из всех клеток, способных реагировать на специфические возмущения либо в окружающей среде (таковы, например, стрекательные клетки), либо в самом организме (таковы, например, хеморецеп-торные клетки). Аналогичным образом, существуют нейроны, очень точно контактирующие с клетками моторной поверхности, особенно с мышечными клетками. Короче говоря, нейронная система встроена в организм посредством многочисленных контактов с разнообразными классами клеток, образуя, вместе с клетками сенсорной и моторной поверхностей, сеть точных нейронных взаимодействий.
Синапсом называется место контакта между нейронами или между нейроном и другой леткой, как в нейромышечном синапсе. В таких точках мембраны контактирующих клеток плотно примыкают друг к другу Кроме того, мембраны здесь специализированы и выдедяют особые молекулы — так называемые медиаторы Распространяющийся по нейрону нервный импульс, достигнув синаптического окончания, вызывает секрецию медиатора, который преодолевает зазор между мембранами и генерирует электрический импульс в принимающей
У каждого нейрона на его дендритном дереве имеются многие тысячи синаптических окончаний многих сотен различных нейронов Каждое из таких окончаний вносит свой вклад в общий обмен электрической активности нейрона, с которым она контактирует Кроме j ·»го, каждый нейрон обладает способностью умически влиять на структуру всех связанных с ним нейронов (рис 45) через диффузию метаболитов, которые выходят из него и, пройдя сквозь синаптические поверхности, распространяются по дендритам до тел соответствующих клеток. От этого двустороннего метаболическо-электрического транспорта зависит в любой момент времени возбуждение и структурное состояние каждого нейрона в нервной системе.
Рис 45. Трехмерная реконструкция всех синаптических контактов, которые получает тело клетки от мотонейронов спинного мозга
Межнейронная сеть
Основная архитектура нервной системы универсальна и характерна не только для гидры, но и для высших позвоночных, включая человека. Единственное отличие кроется не в принципах организации сети, порождающей сенсомоторные корреляции, а в различающейся у разных видов животных форме реализации этой сети посредством нейронов и соединений нейронов между собой. Действительно, даже беглый обзор типов нейронов, обнаруживаемых в нервных системах животных, свидетельствует об их чрезвычайном разнообразии.
Некоторые разновидности нейронов вы видите на рис. 46. Кроме того, если иметь в виду, что в головном мозгу человека находится более 1010, а может быть и более 10" нейронов (т. е. десятки и сотни миллиардов нейронов), и на каждом из них оканчиваются многочисленные отростки (контакты) от других нейронов, а они, в свою очередь, связаны со многими клетками, то станет ясно, что число возможных комбинаций — величина более чем астрономическая.
Вместе с тем мы хотели бы подчеркнуть, что в своей основе организация чрезвычайно сложной нервной системы человека по существу следует той же логике, что и нервная система скромной гидры. В сериях наследственных трансформаций от гидры до млекопитающих мы встречаем конструкции, представляющие собой вариации на одну и ту же тему. Например, у червей нервная ткань, понимаемая как нейронная сеть, как бы разделена внутри животного на отсеки вместе с нервами, по которым поступают и посылаются сигналы от сенсорных и моторных поверхностей. Каждое изменение в моторном состоянии животного становится продуктом определенного вида активности тех или иных групп нейронов, контактирующих с мышцами (двигательных нейронов). Но двигательная активность порождает многочисленные изменения в сенсорных клетках, расположенных в мышцах, в других частях тела и на поверхности контакта с окружающей средой, а также в двигательных нейронах. Все эти процессы осуществляются посредством изменений в сети про-
Рис. 46. Разнообразие форм нейронов: (слева направо! биполярная клетка сетчатки глаза, тело клетки. двигательного нейрона спинного мозга, митральная клетка обонятельной луковицы, пирамидальная клетка коры головного мозга млекопитающего межуточных нейронов, которые называются вставочными, или ассоциативными, нейронами. Так осуществляется непрерывная сенсомоторная корреляция, определяемая и реализуемая посредством активности межнейроной сети вставочных нейронов. Поскольку эта сеть обладает практически неограниченным числом состояний, варианты возможного поведения организма также практически неограничены.