Нейроны

Мозг состоит из двух основных типов клеток – нейронов и обслуживающих их глиальных клеток. Всю самую важную работу выполняют нейроны. Они обмениваются друг с другом и другими клетками электрическими импульсами. Работа кипит постоянно – они получают и обрабатывают информацию от тела, из окружающего мира, отправляют им свои команды. Даже когда мы спим, они перерабатывают то, что произошло за день, сохраняют нужную информацию, стирают лишнюю, притормаживают одни процессы и ускоряют другие. Звуки, запахи, движения, картинки – всю эту разношёрстную информацию из внешнего мира, а также боль, удовольствие, голод – информация из собственного тела, они понимают как электрические сигналы.

Мозг – маленькая электростанция в голове, постоянно генерирующая электричество. Когда человек бодрствует, мощность его мозга равняется 10–23 Ватт – этого достаточно для работы одной лампочки. Но она обходится нам очень дорого – 20 % всего кислорода, который поступает в организм, забирает мозг.

В отличие от других клеток тела у нейронов есть отростки, которыми они принимают и передают электрические импульсы. Они настолько тесно переплетены и закручены между собой, что учёные в XIX веке не сразу разобрались, из чего состоит мозг – как головной, так и спинной.

В начале XIX века учёные впервые смогли исследовать ткани тела под микроскопом и обнаружили, что они состоят из отдельных клеток. Но было неясно, верно ли это для мозга. В конце XIX века учёные разделились на два противоположных лагеря. Может быть, мозг состоит из «нервной сети» – клетки настолько сливаются друг с другом, что между ними нет чётких границ, подобно венам и артериям в кровеносной системе. В это верил итальянский невролог и учёный Камилло Гольджи, который придумал новый способ окраски тканей нитратом серебра. Он увидел запутанные переплетения отростков нейронов и посчитал это доказательством своей точки зрения. Испанский врач Сатьяго Рамон-и-Кахаль использовал этот же метод окраски тканей, но разглядел в мозге отдельные клетки, которые общаются друг с другом через места соединений. Эти соединения британский физиолог Чарльз Шеррингтон позже назовёт синапсами. Гольджи и Рамон-и-Кахаль вместе получили в 1906 году Нобелевскую премию за вклад в исследование нервной ткани, но каждый так и остался при своём мнении. И хотя последующие исследования подтверждали правоту Кахаля, только в 50-е годы XX века электронный микроскоп поставил точку в этом споре.

Рис. 5 Строение нейрона. (Автор: ЮкатанDhp1080 (original) – Этот файл является производной работой от: Neuron.svg, CC BY-SA 3.0,

Тело нейрона в разрезе напоминает овал, звёздочку, многоугольник или пирамиду. Его размер может быть от 3 до 130 микрометров. Для сравнения толщина человеческого волоса – от 40 до 120 мкм. Обычно нейрон имеет два вида отростков – много коротких и один длинный. Сантьяго Рамон-и-Кахаль в юности мечтал стать художником. Он зарисовывал то, что видел под микроскопом. Возможно, как раз это и помогло ему разглядеть отдельные нейроны, а также их отростки там, где никто их не увидел. Он также заметил, что отростки смотрят в разные стороны. Короткие – наружу и в стороны, а длинные – внутрь мозга. Короткие – это дендриты. Их название происходит от греческого слова dendron – дерево. Их длина всего 1 мм. Как антенны они принимают информацию. Длинные отростки – аксоны – передают её на дальние расстояния. Они могут вырастать до одного метра.

Информация в мозге передаётся электрохимическим путём. Как это работает? Дендриты принимают электрический заряд и отправляют его в вычислительный центр – тело нейрона. Оно решает, какой именно из принятых сигналов пойдёт дальше, а какой нет.

Электрические импульсы бывают как возбуждающими – вызывающие действие, так и тормозными – останавливающие действие. Сигнал от одной клетки слишком слаб, чтобы вызвать какую-то реакцию в нейроне. Например, одновременно должны загореться 50 или более синапсов. Тело клетки высчитывает, сколько тормозных и возбуждающих сигналов пришли одновременно и откуда. Если количество возбуждающих сигналов превышает количество тормозных, то через аксон проходит команда: Сделай это! Если наоборот: Остановись! Заряд, поступив в аксон, освобождает нейромедиатор в синапс, его размер всего 20–50 нанометров. Рецептор второго нейрона ловит этот нейромедиатор, и в нём запускается химическая реакция, которая вызывает электрический импульс. На жаргоне нейроучёных это называется спайк.

В коре преобладают два основных вида нервных клеток – звёздочки без шипиков и пирамидки с шипиками. Шипики – крошечные мешочки, наросшие на дендритах. Информация зашифрована в спайках. Звёздочки загораются с постоянной частотой. Пирамидки сначала дают быстрый всплеск, потом он замедляется. Ещё возможен ответ быстрыми всплесками, потом пауза, затем снова всплеск.