FAQ: Структура нервной клетки

Наш мозг является одной из самых сложноорганизованных систем в организме. В нем содержится множество разных типов клеток. Каждая из этих клеток может образовывать несколько тысяч контактов с другими клетками. Для того, чтобы понять, как клетки обмениваются информацией, как работа этих контактов влияет на то, что мы называем памятью, обучением, воспоминаниями, целесообразно рассмотреть устройство клетки и морфологию контактов между нервными клетками, так называемых синаптических контактов.

1

Нервная клетка имеет определенную, достаточно четко выраженную структуру. Имеется несколько частей клетки, так называемых компартментов: это тело самой клетки, самая крупная, самая заметная часть. Там содержится ядро клетки, в ядре содержится ДНК, то есть вся генетическая информация о том, чем она была, что она есть, и как ей работать. Кроме того у нейронов есть два типа отростков: аксоны и дендриты. Аксон у нейрона один, дендритов может быть много. Информацию клетка получает через дендриты и выдает через аксоны. Информация в нервной системе — это, по сути, электрические импульсы.

2

Каждая нервная клетка имеет мембранный потенциал. Для разных клеток он может немного отличаться. Когда нервная клетка живет, когда она активна, происходит постоянное колебание мембранного потенциала. Это могут быть небольшие колебания и сильные, резкие колебания. Небольшие колебания возникают, как правило, из-за того, что клетка получает информацию от других нервных клеток, это — вызванные постсинаптические потенциалы. И бывает резкое изменение мембранного потенциала — потенциал действия. Возникновение потенциала действия в нервной клетке приводит к тому, что она сама передает информацию. То есть это приводит к тому, что она выбрасывает нейромедиатор из терминалей аксона.

Физиология человека (3 тома), под ред. Шмидта Р., Тевса Г.; Москва, 1996

От нейрона к мозгу, под. ред. Николлс Дж.Г., Мартин А.Р., Валлас Б.Дж., Москва, 2003

3

На конце аксона есть утолщения, которые называются аксонными терминалями. Эти аксонные терминали являются пресинаптической частью межнейронных контактов. Межклеточный контакт между двумя нервными клетками называется синапсом. Соответственно, синапс состоит из пресинаптической части, постсинаптической части, синаптической щели. Сейчас активно исследуется так называемый внеклеточный матрикс, который, как полагают, тоже является очень важной функциональной частью синапса, как и все молекулярные каскады, которые действуют в пресинапсе, и как и все молекулярные каскады, которые действуют в постсинапсе.

4

Когда в нервной клетке возникает потенциал действия, из пресинаптического окончания выбрасывается нейромедиатор. Нейромедиатор выбрасывается в синаптическую щель и достигает постсинаптической мембраны. В пресинаптическом окончании содержится много различающихся по размеру синаптических пузырьков, содержащих нейромедиатор. Когда потенциал действия приходит в пресинаптическое окончание, эти пузырьки сливаются с пресинаптической мембраной и выбрасывают свое содержимое наружу в синаптическую щель. В синаптической щели нейромедиатор мигрирует от пресинаптической мембраны к постсинаптической и взаимодействует с рецепторами. На постсинаптической мембране существует большое количество разных рецепторов.

Например, наиболее интенсивно изучаемыми являются рецепторы глутамата. Глутамат — основной возбуждающий нейропередатчик в нервной системе млекопитающих.

Krnjević K. Glutamate and gamma-aminobutyric acid in brain.Nature. 1970 Oct 10; 228(5267): 119-24.

5

Когда нейропередатчик достигает рецептора на постсинаптической мембране, происходит открытие связанных с рецепторами ионных каналов. Дело в том, что мембранный потенциал нервной клетки сформирован благодаря разнице в концентрации нескольких ионов внутри или снаружи клетки. Когда открываются ионные каналы, ионы снаружи могут попасть внутрь клетки, что приводит к изменению мембранного потенциала, и, как следствие, может привести к возникновению потенциала действия уже в постсинаптической клетке. По сути, этот процесс и есть процесс передачи информации между нервными клетками.

Hodgkin, A., and Huxley, A. (1952): A quantitative description of membrane current and its application to conduction and excitation in nerve. J. Physiol. 117:500-544.

6

Описанная схема является очень общей, работающей для практически всех типов нервных клеток. На данный момент активно изучаются конкретные связи между конкретными типами клеток в конкретных структурах мозга. Для того, чтобы впоследствии сопоставить работу определенных синапсов с конкретными формами поведения или конкретными формами обучения. Например, в Шотландии существует лаборатория Андрея Розова, который исследует связи между принципиальными нейронами гиппокампа и интернейронами в гиппокампе. Гиппокамп — это одна из наиболее интенсивно изучаемых структур мозга, связанная с обучением и памятью. В данной лаборатории происходит изучение тормозной нейропередачи от интернейрона на принципиальный нейрон, на возбуждающий нейрон гиппокампа. Эта связь зависит от активации другого типа рецепторов — рецепторов к гамма-аминомасляной кислоте. В отличие от глутамата, этот нейромедиатор является основным тормозным медиатором в системе.

7

Изучение этой связи принципиально важно для понимания того, как в нервной системе происходит активация одних клеток при одновременном торможении активности других клеток. Такого рода исследования необходимы для того, чтобы понять, как в принципе работает мозг, почему мы можем сосредоточиться на какой-то одной мысли, или как мы выполняем какое-то одно конкретное действие, и какие группы клеток, какие структуры мозга в этом участвуют.