Химически-электрический обмен

Вы замечали, что электрические импульсы, возникающие в природе, затем превращаются в химические, а затем снова становятся электрическими? Другими словами, электрические импульсы, вырабатываемые нейронами, преобразуются в химические импульсы в синапсе посредством нейромедиаторов. Эти химические сообщения стимулируют комплексные молекулярные взаимодействия, включая ионные потоки, запускающие электрические импульсы в соседнем нейроне. При достижении определенного электрического порога происходит активация прилегающего нейрона и срабатывает потенциал действия, передающий это сообщение дальше по принимающей нервной клетке.

Не каждая нервная клетка передает принимаемые сообщения. Чтобы лучше понять это, представьте, что вы пытаетесь подбодрить друга, который погружен в депрессию из-за несчастной любви. Он застрял в этих эмоциях, постоянно прокручивая в голове свою утрату. Вы понимаете, что ему нужно как-то забыть о своем несчастье, и решаете отвлечь его различными способами. Вы ведете его на ужин, прогуливаетесь по пляжу и едите мороженое, идете вместе в кино, а после этого встречаетесь с вашими общими друзьями в ночном клубе.

В какой-то момент в ходе всех этих действий ваш друг, вероятно, достигает предела, перейдя который достаточно оттаивает и вовлекается в происходящее.

Нервные клетки переходят из состояния покоя в состояние возбуждения примерно как ваш несчастный друг в этом примере. Какой-то одной формы воздействия может быть недостаточно, но, если вы обеспечите стимуляцию в достаточном объеме, они возбудятся и останутся в таком состоянии. Когда нервная клетка возбуждается в постсинаптической зоне, она превращается из приемника информации в отправителя. Теперь эта нервная клетка будет распространять свое возбуждение.

Когда нейромедиаторы выделяются в пресинаптической зоне (отправная точка нейрона), они вырабатывают электрический отклик в постсинаптической зоне принимающей нервной клетки. Этот электрический импульс должен проследовать от (принимающего) дендрита до клеточного тела и вдоль по аксону прежде, чем нейромедиатор выполнит свою работу. Считайте нейромедиаторы химикалиями, обеспечивающими сообщение между нейронами, чтобы импульсы могли путешествовать через мозг.

Обычно требуется избыточная активность нейромедиаторов (стимуляции) в постсинаптической зоне (принимающий конец нейрона), чтобы следующая нервная клетка достаточно возбудилась для возгорания. Малые объемы нейромедиаторов, как правило, не достигают порога для выработки потенциала действия в постсинаптической зоне. Это феномен из серии «все или ничего», как тот момент, когда срабатывает ваш будильник – либо вы встанете с постели, либо нет, но нельзя сделать и то, и другое. Различные типы нейромедиаторов также играют роль в том, возгорятся ли нервные клетки или проигнорируют сигнал.

Типы нейромедиаторов

Нейромедиаторы, в различных концентрациях, содержатся в особых областях мозга. К числу главных нейромедиаторов относятся глутамат, ГАМК, ацетилхолин, серотонин, дофамин, мелатонин, оксид азота и различные эндорфины.

Нейромедиаторы выполняют множество различных функций. Они могут стимулировать, затормаживать или менять активность самого нейрона на клеточном уровне.

Они могут вызвать открепление нейрона от текущего соединения или заставить нейрон лучше прикрепиться к настоящему соединению. Нейромедиаторы могут сигналить соседним нейронам, возбуждая их, или могут направить сообщение следующему нейрону в очереди, которое затормозит или полностью остановит нервный импульс. Они даже могут изменять импульс на пути к нейрону так, чтобы он рассылал уже новое сообщение по всем нервным клеткам, соединенным с ним. Любое из этих действий может произойти за миллисекунду.

У нас в нервной системе имеется два типа нейромедиаторов. Возбуждающие нейромедиаторы стимулируют или активируют нервную трансмиссию; они изменяют электрическое состояние постсинаптической мембраны, позволяя активироваться потенциалу действия в следующей клетке. Эти типы химикалий в должных сочетаниях обеспечивают протекание наших умственных функций со сверхсветовой скоростью.

Главный возбуждающий нейромедиатор в мозге – это глутамат. Когда глутамат выделяется в пресинаптической (отправляющей) зоне нейрона, он привязывается к рецептору в постсинаптической зоне следующей клетки. После чего он изменяет электрическое состояние постсинаптической клетки, чтобы потенциал действия возгорелся с большей вероятностью.

Точно так же ингибиторные (затормаживающие) нейромедиаторы действуют в полном соответствии со своим названием – они затормаживают или останавливают активность в принимающей клетке, погасив возбуждение в ее постсинаптической зоне. Главный ингибиторный нейромедиатор – это ГАМК (гамма-аминобутановая кислота). Выделившись в пресинаптической зоне, ГАМК прикрепляется к соответствующим постсинаптическим рецепторам. Однако ГАМК уменьшает вероятность образования потенциала действия. Если бы не ГАМК, нервные клетки возгорались бы так часто, что перевозбудились, вызвав значительный урон и нарушение баланса в мозге.

Нейроны легко могут связываться и соединяться с множеством других нейронов. Они также способны произвольно включать и выключать импульсы, сводить информацию в одну клетку и разводить электрическую активность по мириадам различных направлений.

Учитывая все эти сложности, ученые-биологи начинают осознавать, как мало на самом деле знают о работе и взаимосвязях нейронов. Вполне логично, что нейроны, выполняющие так много функций, мало похожи на рисунки, которые мы можем помнить по школьным учебникам, изображающие крохотные проводки, аккуратно выстроенные в линию. Для наших целей мы можем представлять нейроны в виде огромной, постоянно меняющейся сети отдельных компьютеров, сообщающихся с Интернетом с молниеносной скоростью. Представив нейроны в виде миллиардов компьютеров, постоянно соединяющихся между собой и разъединяющихся, мы сможем подойти к титанической задаче объяснения их разумности на микроскопическом уровне. Поэтому, когда я говорю о «монтаже нейронов», это просто метафора для лучшего усвоения того, как эти превосходные клетки умеют устанавливать контакт и работать совместно друг с другом.