¿En qué consiste el cerebro humano? Biblioteca científica - resúmenes - principios de transmisión de información y organización estructural del cerebro Transmisión y recepción de información en el cerebro

Una persona es capaz de sentir y percibir el mundo objetivo gracias a la actividad especial del cerebro. Todos los órganos de los sentidos están conectados al cerebro. Cada uno de estos órganos reacciona a un cierto tipo de estímulo: los órganos de la visión (a la influencia de la luz), los órganos del oído y del tacto (a la influencia mecánica), los órganos del gusto y el olfato (a la influencia química). Sin embargo, el cerebro por sí solo no es capaz de percibir este tipo de influencias. Sólo "entiende" las señales eléctricas asociadas con los impulsos nerviosos. Para que el cerebro responda a un estímulo, cada modalidad sensorial debe primero convertir la energía física correspondiente en señales eléctricas, que luego siguen sus propios caminos hasta el cerebro. Este proceso de traducción lo llevan a cabo células especiales de los órganos sensoriales llamadas receptores. Los receptores visuales, por ejemplo, se encuentran en una fina capa en el interior del ojo; Cada receptor visual contiene una sustancia química que reacciona a la luz y esta reacción desencadena una serie de eventos que resultan en un impulso nervioso. Los receptores auditivos son células ciliadas delgadas ubicadas profundamente en el oído; Las vibraciones del aire, que son un estímulo sonoro, doblan estas células ciliadas y provocan un impulso nervioso. Procesos similares ocurren en otras modalidades sensoriales.

Receptor- es una célula nerviosa o neurona especializada; cuando se excita, envía una señal eléctrica a las interneuronas. Esta señal viaja hasta llegar a su zona receptiva en la corteza cerebral, teniendo cada modalidad sensorial su propia zona receptiva. En algún lugar del cerebro (quizás en la corteza receptiva o quizás en alguna otra parte de la corteza) una señal eléctrica provoca la experiencia consciente de una sensación. Entonces, cuando sentimos el tacto, la sensación "sucede" en nuestro cerebro, no en nuestra piel. Además, los impulsos eléctricos que median directamente la sensación del tacto fueron causados ​​a su vez por impulsos eléctricos que surgieron en los receptores del tacto ubicados en la piel. Asimismo, la sensación de sabor amargo no se origina en la lengua, sino en el cerebro; pero los impulsos cerebrales que median la sensación del gusto fueron causados ​​a su vez por impulsos eléctricos de las papilas gustativas de la lengua.

El cerebro no sólo percibe el impacto del estímulo, sino que también percibe una serie de características del estímulo, como la intensidad del impacto. En consecuencia, los receptores deben tener la capacidad de codificar la intensidad y los parámetros cualitativos del estímulo. ¿Cómo lo hicieron?

Para responder a esta pregunta, los científicos necesitaron realizar una serie de experimentos para registrar la actividad de las células y vías receptoras individuales durante la presentación de varias señales de entrada o estímulos al sujeto.

7.2. tipos de sensaciones

Existen diferentes enfoques para clasificar las sensaciones. Desde hace mucho tiempo se acostumbra distinguir entre cinco tipos principales de sensaciones (según el número de órganos de los sentidos): olfato, gusto, tacto, visión y oído. Esta clasificación de sensaciones según las principales modalidades es correcta, aunque no exhaustiva. B.G. Ananyev habló de once tipos de sensaciones. ARKANSAS. Luria cree que la clasificación de las sensaciones se puede realizar según al menos dos principios básicos: sistemático y genético (es decir, según el principio de modalidad, por un lado, y según el principio de complejidad o nivel de su construcción, por el otro).

Sherrington Charles Scott (1857-1952)- Fisiólogo y psicofisiólogo inglés. Se graduó en la Universidad de Cambridge en 1885 y luego trabajó en universidades tan famosas como Londres, Liverpool, Oxford y Edimburgo. De 1914 a 1917 fue profesor investigador de fisiología en la Royal Institution de Gran Bretaña. Premio Nobel.

Se hizo ampliamente conocido gracias a sus investigaciones experimentales, que realizó basándose en la idea del sistema nervioso como un sistema integral. Fue uno de los primeros en intentar la verificación experimental de la teoría de James-Lange y demostró que la separación del sistema nervioso visceral del sistema nervioso central no cambia el comportamiento general del animal en respuesta a la influencia emocional.

Ch. Sherrington pertenece a la clasificación de receptores en exteroceptores, propioceptores e interoceptores. También demostró experimentalmente la posibilidad del origen de receptores distantes a partir de los de contacto.

Clasificación sistemáticasensaciones fue propuesto por un fisiólogo inglés C. Sherrington. Dividió los grupos de sensaciones más grandes y significativos en tres tipos principales:

interoceptivo - combinar señales que nos llegan del entorno interno del cuerpo; surgen debido a receptores internos ubicados en las paredes del estómago y los intestinos, el corazón y el sistema circulatorio y otros órganos internos; el grupo de sensaciones más antiguo y elemental; Se encuentran entre las formas de sensaciones menos conscientes y más difusas y siempre conservan su proximidad a los estados emocionales.

propioceptivo - transmitir información sobre la posición del cuerpo en el espacio y la posición del sistema musculoesquelético; proporcionar regulación de movimientos; incluye una sensación de equilibrio o sensación estática, así como una sensación motora o cinestésica; los receptores periféricos de sensibilidad propioceptiva se encuentran en músculos y articulaciones (tendones, ligamentos) y se denominan corpúsculos de Paccini; Los receptores periféricos para la sensación de equilibrio se encuentran en los canales semicirculares del oído interno.

exteroceptivo Sentir - proporcionar señales del mundo exterior y crear la base para nuestro comportamiento consciente; grupo exteroceptivo Las sensaciones se dividen convencionalmente en dos subgrupos: sensaciones de contacto y distantes.

Sensaciones de contacto Son causadas por el impacto directo de un objeto sobre los sentidos: gusto y tacto.

Distante Sentir reflejan las cualidades de los objetos ubicados a cierta distancia de los sentidos: el oído y la visión.

Oler, Según muchos autores, ocupa una posición intermedia entre el contacto y las sensaciones lejanas, ya que formalmente las sensaciones olfativas surgen a distancia del objeto, pero al mismo tiempo, las moléculas que caracterizan el olor del objeto, con las que contacta el receptor olfativo. , sin duda pertenecen a este objeto.

Ésta es la dualidad del lugar que ocupa el sentido del olfato en la clasificación de las sensaciones.

Dado que la sensación surge como resultado de la acción de un estímulo físico específico sobre el receptor correspondiente, la clasificación primaria de las sensaciones proviene del tipo de receptor que da la sensación de una determinada cualidad o “modalidad”.

Hay sensaciones que no se pueden asociar con ninguna modalidad específica. intermodal . Éstas incluyen sensibilidad a la vibración , que conecta la esfera táctil-motora con la esfera auditiva.

Sensación de vibración - Esta es la sensibilidad a las vibraciones provocadas por un cuerpo en movimiento. Según la mayoría de los investigadores, el sentido de vibración es una forma intermedia y de transición entre la sensibilidad táctil y la auditiva.

La sensibilidad a las vibraciones adquiere una importancia práctica especial en caso de daños a la vista y al oído. Desempeña un papel importante en la vida de las personas sordas y sordociegas. Las personas sordociegas, gracias al alto desarrollo de la sensibilidad a las vibraciones, aprendieron sobre la aproximación de un camión y otros tipos de transporte a gran distancia. Del mismo modo, a través del sentido vibratorio, las personas sordociegas saben cuando alguien entra en su habitación. En consecuencia, las sensaciones, al ser el tipo más simple de proceso mental, son en realidad muy complejas y no se han estudiado en profundidad.

Clasificación genética, propuesto por un neurólogo inglés X. cabeza. nos permite distinguir dos tipos de sensibilidad:

protopático (más primitivo, afectivo, menos diferenciado y localizado), que incluye sentimientos orgánicos (hambre, sed, etc.);

epicrítico (más sutilmente diferenciador, objetivado y racional), que incluye los principales tipos de sensaciones humanas; Más joven genéticamente, controla la sensibilidad protopática.

Clasificación famoso psicólogo doméstico B. M. Teplova - dividió todos los receptores en dos grandes grupos:

exteroceptores (receptores externos) ubicados en la superficie del cuerpo o cerca de él y accesibles a estímulos externos,

interoceptores (receptores internos) ubicados profundamente en los tejidos, como los músculos, o en la superficie de los órganos internos. Un grupo de sensaciones que llamamos “sensaciones propioceptivas”, B.M. Teplov las consideraba sensaciones internas.

Aquí también hablaremos de información. Pero para no confundirnos en diferentes interpretaciones de la misma palabra, definamos claramente de qué información estaremos hablando. Entonces, el cerebro solo es capaz de registrar conexiones. El cerebro recuerda este tipo de información (conexión). El proceso mediante el cual hace esto se llama proceso de “Memoria”, pero estamos acostumbrados a llamar información también a lo que el cerebro no sabe recordar. Estos son objetos realmente existentes del mundo que nos rodea. Esto es todo lo que tenemos que aprender en la escuela o la universidad. Es esta información de la que hablaremos ahora. Averigüemos cómo reacciona el cerebro ante objetos reales, información textual y un tipo de información muy especial: información simbólica (o precisa). El cerebro no puede recordar los tipos de información enumerados: objetos reales, textos, números de teléfono (y). información similar). Pero la experiencia sugiere que todavía podemos recordar algo de lo anterior. ¿Cómo se produce la memorización y reproducción de dicha información?

1. IMÁGENES 2. INFORMACIÓN DEL TEXTO 3. INFORMACIÓN DEL SIGNO

Primero, analicemos la reacción del cerebro ante objetos de la vida real. ¿Cómo logra el cerebro reproducirlas si ninguno de los investigadores puede detectar imágenes visuales en el cerebro? La naturaleza actuó con mucha astucia. Cualquier objeto realmente existente tiene conexiones internas. El cerebro es capaz de identificar y recordar estas conexiones. ¿Alguna vez te has preguntado por qué una persona necesita varios órganos de los sentidos? ¿Por qué podemos oler, saborear, ver un objeto y oírlo (si emite sonidos)? Un objeto de la vida real emite señales físicas y químicas al espacio. Esta es la luz reflejada o emitida por él, son todo tipo de vibraciones en el aire, un objeto puede tener un sabor y las moléculas de este objeto pueden volar lejos de él. Si una persona tuviera un solo órgano sensorial, entonces el sistema de memoria del cerebro, que registra las conexiones, no sería capaz de recordar nada. Pero nuestro cerebro divide un campo de información general de un objeto en varios componentes. La información ingresa al cerebro a través de diferentes canales de percepción. El analizador visual transmite el contorno de un objeto (sea una manzana). El analizador auditivo percibe los sonidos emitidos por un objeto: cuando muerdes una manzana, se escucha un crujido característico. El analizador de sabor percibe el sabor. El olfato puede detectar moléculas emitidas por manzanas maduras a pocos metros de distancia. Parte de la información sobre un objeto puede ingresar al cerebro a través de las manos (tacto). Como resultado de dividir la información sobre un objeto en partes, el cerebro puede formar conexiones. Y estas conexiones se forman de forma natural. Todo lo que está en la conciencia en un momento determinado se asocia, es decir, se recuerda. Como resultado, mientras estudiamos una manzana, mientras la miramos, la hacemos girar en nuestras manos, la probamos, el cerebro identifica diferentes características de este objeto natural y automáticamente forma conexiones entre ellas. Ninguna de las características por sí sola es. recordado. Sólo se recuerdan las conexiones. Posteriormente, cuando nuestra nariz percibe el olor de las manzanas -es decir, llega un estímulo al cerebro- las conexiones previamente formadas funcionarán y el cerebro creará otras características de este objeto en nuestra mente. Recordaremos la imagen completa de una manzana. El mecanismo de memorización natural es tan obvio que resulta incluso extraño hablar de ello. Este método de memorización nos brinda la oportunidad de RECONOCER los objetos del mundo que nos rodea solo a partir de una pequeña parte de la información sobre ellos.

La composición del cerebro humano incluye Neuronas interconectadas estructural y funcionalmente. Este órgano de los mamíferos, según la especie, contiene de 100 millones a 100 mil millones de neuronas.

Cada neurona de mamífero consta de una célula: una unidad estructural elemental, dendritas (proceso corto) y un axón (proceso largo). El cuerpo de la unidad estructural elemental contiene el núcleo y el citoplasma.

axón Sale del cuerpo celular y a menudo da lugar a muchas ramas pequeñas antes de llegar a las terminaciones nerviosas.

Dendritas se extienden desde el cuerpo de las células nerviosas y reciben mensajes de otras unidades del sistema nervioso.

Sinapsis– estos son contactos donde una neurona se conecta con otra. Las dendritas están cubiertas de sinapsis que se forman por los extremos de los axones de otras unidades estructurales y funcionales del sistema.

El cerebro humano está compuesto por 86 mil millones de neuronas, un 80% de agua y un 20% del oxígeno destinado a todo el cuerpo, aunque su masa es sólo el 2% del peso corporal.

Cómo se transmiten las señales en el cerebro

Cuando las unidades de un sistema funcional, las neuronas, reciben y envían mensajes, transmiten impulsos eléctricos a lo largo de sus axones, cuya longitud puede variar desde un centímetro hasta un metro o más. está claro que es muy complejo.

Muchos axones están cubiertos por una vaina de mielina multicapa, que acelera la transmisión de señales eléctricas a lo largo del axón. Esta capa se forma con la ayuda de unidades estructurales elementales especializadas de la glía. En el sistema nervioso central, las glías se denominan oligodendrocitos y en el sistema nervioso periférico, células de Schwann. La médula contiene al menos diez veces más glía que las unidades del sistema nervioso. Glia realiza muchas funciones. La importancia de la glía en el transporte de nutrientes a las neuronas, limpieza, procesamiento de algunas neuronas muertas.

Para transmitir señales, las unidades funcionales del sistema corporal de cualquier mamífero no funcionan solas. En un circuito neuronal, la actividad de una unidad elemental afecta directamente a muchas otras. Para comprender cómo estas interacciones controlan la función cerebral, los neurocientíficos estudian las conexiones entre las células nerviosas y cómo transmiten señales en el cerebro y cambian con el tiempo. Este estudio podría llevar a los científicos a comprender mejor cómo se desarrolla el sistema nervioso, se vuelve susceptible a enfermedades o lesiones y altera los ritmos naturales de las conexiones cerebrales. Gracias a la nueva tecnología de imágenes, los científicos ahora pueden visualizar mejor los circuitos que conectan las regiones y la composición del cerebro humano.

Los avances en técnicas, microscopía y tecnología informática están permitiendo a los científicos comenzar a mapear las conexiones entre células nerviosas individuales en animales mejor que nunca.

Al estudiar en detalle la composición del cerebro humano, los científicos pueden arrojar luz sobre los trastornos cerebrales y los errores en el desarrollo de la red nerviosa, incluidos el autismo y la esquizofrenia.

Principios de transmisión de información y organización estructural del cerebro.

Plan

Introducción

Principios de transmisión de información y organización estructural del cerebro.

Interconexiones en sistemas nerviosos simples.

Redes neuronales complejas y funciones cerebrales superiores

Estructura de la retina

Patrones y conexiones neuronales.

Cuerpo celular, dendritas, axones.

Métodos para identificar neuronas y rastrear sus conexiones. Elementos no nerviosos del cerebro.

Agrupar células según su función.

Subtipos de células y función.

Convergencia y divergencia de conexiones.

Literatura

Introducción

Los términos “neurobiología” y “neurociencias” comenzaron a utilizarse en los años 60 del siglo XX, cuando Stephen Kuffler creó el primer departamento en la Facultad de Medicina de Harvard, cuyo personal incluía fisiólogos, anatomistas y bioquímicos. Trabajando juntos, resolvieron problemas del funcionamiento y desarrollo del sistema nervioso y exploraron los mecanismos moleculares de la función cerebral.

El sistema nervioso central es un conglomerado de células que trabajan continuamente y que constantemente reciben información, la analizan, la procesan y toman decisiones. El cerebro también es capaz de tomar la iniciativa y producir contracciones musculares coordinadas y eficientes para caminar, tragar o cantar. Para regular muchos aspectos del comportamiento y controlar directa o indirectamente todo el cuerpo, el sistema nervioso dispone de una gran cantidad de líneas de comunicación proporcionadas por células nerviosas (neuronas). Las neuronas son la unidad básica o componente básico del cerebro.

Interconexiones en sistemas nerviosos simples.

Los eventos que ocurren durante la implementación de reflejos simples se pueden rastrear y analizar en detalle. Por ejemplo, cuando se golpea el ligamento de la rodilla con un pequeño martillo, los músculos y tendones del muslo se estiran y los impulsos eléctricos viajan a lo largo de las fibras nerviosas sensoriales hasta la médula espinal, donde se excitan las células motoras, produciendo impulsos y activando las contracciones musculares. El resultado final es estirar la pierna a la altura de la articulación de la rodilla. Estos circuitos simplificados son muy importantes para regular las contracciones de los músculos que controlan los movimientos de las extremidades. En un reflejo tan simple, en el que un estímulo conduce a una salida específica, se puede analizar con éxito el papel de las señales y las interacciones de sólo dos tipos de células.

Redes neuronales complejas y funciones cerebrales superiores

Analizar la interacción de las neuronas en vías complejas que involucran literalmente a millones de neuronas es significativamente más difícil que analizar reflejos simples. Re-

Proporcionar información al cerebro para la percepción del sonido, el tacto, el olfato o la vista requiere la participación secuencial de neurona por neurona, tal como cuando se realiza un simple movimiento voluntario. Un desafío importante en el análisis de las interacciones neuronales y la estructura de la red surge del denso empaquetamiento de las células nerviosas, la complejidad de sus interconexiones y la abundancia de tipos de células. El cerebro está estructurado de manera diferente al hígado, que está formado por poblaciones similares de células. Si ha descubierto cómo funciona un área del hígado, entonces sabe mucho sobre el hígado en su conjunto. Sin embargo, conocer el cerebelo no dice nada sobre el funcionamiento de la retina ni de ninguna otra parte del sistema nervioso central.

A pesar de la enorme complejidad del sistema nervioso, ahora es posible analizar las múltiples formas en que interactúan las neuronas durante la percepción. Por ejemplo, al registrar la actividad de las neuronas a lo largo del camino que va del ojo al cerebro, es posible rastrear señales primero en las células que responden específicamente a la luz y luego, paso a paso, a través de sucesivos interruptores, hasta los centros superiores del cerebro. cerebro.

Una característica interesante del sistema visual es su capacidad para distinguir imágenes, colores y movimientos contrastantes en una amplia gama de intensidades de color. Mientras lees esta página, las señales dentro del ojo hacen posible que las letras negras se destaquen en una página blanca en una habitación con poca luz o bajo la luz del sol. Conexiones específicas en el cerebro forman una sola imagen, aunque los dos ojos estén ubicados. por separado y escanear diferentes áreas del mundo exterior. Además, existen mecanismos que aseguran la constancia de la imagen (aunque nuestros ojos estén en constante movimiento) y proporcionan información precisa sobre la distancia a la página.

¿Cómo las conexiones de las células nerviosas proporcionan tales fenómenos? Aunque todavía no podemos proporcionar una explicación completa, ahora se sabe mucho sobre cómo estas propiedades de la visión están mediadas por redes neuronales simples en el ojo y etapas tempranas de conmutación en el cerebro. Por supuesto, quedan muchas preguntas sobre cuáles son las conexiones entre las propiedades neuronales y el comportamiento. Entonces, para poder leer una página, debes mantener una determinada posición de tu cuerpo, cabeza y manos. Además, el cerebro debe garantizar la hidratación constante del globo ocular, la respiración constante y muchas otras funciones involuntarias e incontroladas.

El funcionamiento de la retina es un buen ejemplo de los principios básicos del sistema nervioso.

Arroz. 1.1. Vías que van del ojo al cerebro a través del nervio óptico y el tracto óptico.

Estructura de la retina

El análisis del mundo visual depende de la información procedente de la retina, donde se produce la primera etapa del procesamiento, que marca los límites de nuestra percepción. En la Fig. La figura 1.1 muestra los caminos desde el ojo hasta los centros superiores del cerebro. La imagen que entra en la retina está invertida, pero en todos los demás aspectos representa una representación auténtica del mundo exterior. ¿Cómo se puede transmitir esta imagen a nuestro cerebro a través de señales eléctricas que se originan en la retina y luego viajan a lo largo de los nervios ópticos?

Patrones y conexiones neuronales.

En la Fig. La figura 1.2 muestra los diferentes tipos de células y su ubicación en la retina. La luz que entra al ojo atraviesa capas de células transparentes y llega a los fotorreceptores. Las señales transmitidas desde el ojo a lo largo de las fibras del nervio óptico son las únicas señales de información en las que se basa nuestra visión.

El esquema para el paso de la información a través de la retina (fig. 1.2A) fue propuesto por Santiago Ramón y Cahal1) a finales del siglo XIX. Fue uno de los más grandes investigadores del sistema nervioso y realizó experimentos en una amplia variedad de animales. Hizo una generalización significativa de que la forma y disposición de las neuronas, así como la región de origen y el destino final de las señales neuronales en una red, proporcionan información crítica sobre el funcionamiento del sistema nervioso.

En la Fig. La figura 1.2 muestra claramente que las células de la retina, como en otras partes del sistema nervioso central (SNC), están muy densamente empaquetadas. Al principio, los morfólogos tuvieron que desgarrar el tejido nervioso para poder ver las células nerviosas individuales. Las técnicas que tiñen neuronas enteras son prácticamente inútiles para examinar la forma y la conectividad de las células porque estructuras como la retina aparecen como una mancha oscura de células y procesos entrelazados. Micrografía electrónica en la Fig. La figura 1.3 muestra que el espacio extracelular alrededor de las neuronas y las células de soporte tiene sólo 25 nanómetros de ancho. La mayoría de los dibujos de Ramón y Cajal se realizaron utilizando el método de tinción de Golgi, que tiñe, mediante un mecanismo desconocido, sólo unas pocas neuronas aleatorias de toda la población, pero estas pocas neuronas están teñidas por completo.

Arroz. 1.2. Estructura y conexiones de las células de la retina de los mamíferos. (A) Esquema de la dirección de la señal desde el receptor al nervio óptico según Ramón y Cajal. (B) Distribución Ramón y Cajal de los elementos celulares de la retina. (C) Dibujos de conos y bastones de la retina humana.

Arroz. 1.3. Denso empaquetamiento de neuronas en la retina del mono. Una varilla (R) y un cono (C) están etiquetados.

Esquema en la Fig. La figura 1.2 muestra el principio de la disposición ordenada de las neuronas en la retina. Es fácil distinguir entre fotorreceptores, células bipolares y ganglionares. La dirección de transmisión es de entrada a salida, de fotorreceptores a células ganglionares. Además, otros dos tipos de células, las horizontales y las amacrinas, forman conexiones que conectan diferentes vías. Uno de los objetivos de la neurobiología presente en los dibujos de Ramón y Cajal es el deseo de comprender cómo cada célula participa en la creación de la imagen del mundo que observamos.

Cuerpo celular, dendritas, axones.

La célula ganglionar que se muestra en la Fig. 1.4 ilustra las características estructurales de las células nerviosas inherentes a todas las neuronas del sistema nervioso central y periférico. El cuerpo celular contiene el núcleo y otros orgánulos intracelulares comunes a todas las células. La extensión larga que sale del cuerpo celular y forma una conexión con la célula diana se llama axón. Los términos dendrita, cuerpo celular y axón se aplican a procesos en los que las fibras entrantes forman contactos que actúan como estaciones receptoras de excitación o inhibición. Además de la célula ganglionar, en la Fig. La figura 1.4 muestra otros tipos de neuronas. Los términos utilizados para describir la estructura de una neurona, en particular las dendritas, son algo controvertidos, pero, sin embargo, son convenientes y se utilizan ampliamente.

No todas las neuronas se ajustan a la estructura celular simple que se muestra en la figura. 1.4. Algunas neuronas no tienen axones; otros tienen axones en los que se forman conexiones. Hay células cuyas dendritas pueden conducir impulsos y formar conexiones con las células diana. Mientras que una célula ganglionar se ajusta al modelo de una neurona estándar con dendritas, cuerpo celular y axón, otras células no se ajustan a este estándar. Por ejemplo, los fotorreceptores (fig. 1.2C) no tienen dendritas evidentes. La actividad de los fotorreceptores no es causada por otras neuronas, sino que se activa mediante estímulos externos, la iluminación. Otra excepción en la retina es la ausencia de axones fotorreceptores.

Métodos para identificar neuronas y rastrear sus conexiones.

Aunque la técnica de Golgi todavía se utiliza ampliamente, muchos enfoques nuevos han facilitado la identificación funcional de neuronas y conexiones sinápticas. Las moléculas que tiñen toda la neurona se pueden inyectar a través de una micropipeta, que registra simultáneamente la señal eléctrica. Los marcadores fluorescentes como el amarillo de Lucifer permiten ver los procesos más sutiles en una célula viva. Se pueden introducir marcadores intracelulares como la enzima peroxidasa de rábano picante (HRP) o la biocitina; una vez fijados, forman un producto denso o brillan intensamente bajo luz fluorescente. Las neuronas pueden teñirse con peroxidasa de rábano picante y con aplicación extracelular; la enzima es capturada y transportada al cuerpo celular. Los tintes carbociánicos fluorescentes, al entrar en contacto con la membrana de la neurona, se disuelven y se difunden por toda la superficie de la célula.

Arroz. 1.4. Formas y tamaños de neuronas.

Arroz. 1.5. Un grupo de células bipolares teñidas con un anticuerpo para la enzima fosfoquinasa C. Solo se tiñen las células que contienen la enzima.

Estas técnicas son muy importantes para rastrear el paso de los axones de una parte del sistema nervioso a otra.

Los anticuerpos se utilizan para caracterizar neuronas, dendritas y sinapsis específicas marcando selectivamente componentes intracelulares o de membrana. Los anticuerpos se utilizan con éxito para rastrear la migración y diferenciación de las células nerviosas durante la ontogénesis. Un método adicional para caracterizar las neuronas es la hibridación. en el lugar: Las sondas marcadas específicamente marcan el ARNm neuronal que codifica la síntesis de un canal, receptor, transmisor o elemento estructural.

Elementos no nerviosos del cerebro.

glial células. A diferencia de las neuronas, no tienen axones ni dendritas y no están conectadas directamente a las células nerviosas. Hay muchas células gliales en el sistema nervioso. Realizan muchas funciones diferentes relacionadas con la transmisión de señales. Por ejemplo, los axones de las células ganglionares de la retina que forman el nervio óptico conducen impulsos muy rápidamente porque están rodeados por una vaina lipídica aislante llamada mielina. La mielina está formada por células gliales que envuelven los axones durante el desarrollo ontogenético. Las células gliales de la retina se conocen como células de Müller.

Agrupar células según su función.

Una propiedad notable de la retina es la disposición de las células según su función. Los cuerpos celulares de los fotorreceptores, las células horizontales, las células bipolares, las células amacrinas y las células ganglionares están dispuestos en distintas capas. Se observan capas similares en todo el cerebro. Por ejemplo, la estructura donde terminan las fibras del nervio óptico (el cuerpo geniculado lateral) consta de 6 capas de células que son fáciles de distinguir incluso a simple vista. En muchas áreas del sistema nervioso, las células con funciones similares se agrupan en estructuras esféricas distintas conocidas como núcleos (que no deben confundirse con el núcleo celular) o ganglios (que no deben confundirse con las células ganglionares de la retina).

Subtipos de células y función.

Hay varios tipos distintos de células ganglionares, horizontales, bipolares y amacrinas, cada una con morfología característica, especificidad de transmisor y propiedades fisiológicas. Por ejemplo, los fotorreceptores se dividen en dos clases fácilmente distinguibles (bastones y conos) que realizan diferentes funciones. Las varillas alargadas son extremadamente sensibles a los más mínimos cambios de iluminación. Mientras lees esta página, la luz ambiental es demasiado brillante para las varillas, que solo funcionan con poca luz después de un largo período en la oscuridad. Los conos responden a estímulos visuales con luz brillante. Además, los conos se clasifican además en subtipos de fotorreceptores que son sensibles a la luz roja, verde o azul. Las células amacrinas son un ejemplo sorprendente de diversidad celular: se pueden distinguir más de 20 tipos según criterios estructurales y fisiológicos.

La retina ilustra así los problemas más profundos de la neurobiología moderna. No se sabe por qué se necesitan tantos tipos de células amacrinas y qué funciones diferentes tiene cada uno de estos tipos de células. Es aleccionador darse cuenta de que se desconoce la función de la gran mayoría de las células nerviosas de los sistemas nerviosos central, periférico y visceral. Al mismo tiempo, esta ignorancia sugiere que muchos de los principios básicos del cerebro robótico aún no se comprenden.

Convergencia y divergencia de conexiones.

Por ejemplo, hay una fuerte disminución en el número de células involucradas a lo largo del camino desde los receptores hasta las células ganglionares. Las salidas de más de 100 millones de receptores convergen en 1 millón de células ganglionares, cuyos axones forman el nervio óptico. Por tanto, muchas (pero no todas) las células ganglionares reciben información de un gran número de fotorreceptores (convergencia) a través de células intercalares. A su vez, una célula ganglionar se ramifica intensamente y termina en muchas células diana.

Además, a diferencia del diagrama simplificado, las flechas deben apuntar hacia afuera para indicar interacciones entre células en la misma capa (conexiones laterales) e incluso en direcciones opuestas, por ejemplo, desde las células horizontales hasta los fotorreceptores (conexiones recíprocas). Estas influencias convergentes, divergentes, laterales y recurrentes son propiedades constantes de la mayoría de las vías neuronales en todo el sistema nervioso. Por lo tanto, el procesamiento de señales simple paso a paso se complica por interacciones paralelas e inversas.

Biología celular y molecular de las neuronas.

Al igual que otros tipos de células del cuerpo, las neuronas poseen plenamente los mecanismos celulares de actividad metabólica y la síntesis de proteínas de membrana (por ejemplo, proteínas y receptores de canales iónicos). Además, las proteínas de los canales y receptores iónicos se transportan directamente a sitios de localización en la membrana celular. Los canales específicos de sodio o potasio se encuentran en la membrana de los axones de las células ganglionares en grupos discretos (racimos). Estos canales están involucrados en el inicio y la realización de la DP.

Las terminales presinápticas, formadas por procesos de fotorreceptores, células bipolares y otras neuronas, contienen canales específicos en su membrana a través de los cuales pueden pasar los iones de calcio. La entrada de calcio desencadena la liberación del transmisor. Cada tipo de neurona sintetiza, almacena y libera un tipo específico de transmisor(es). A diferencia de muchas otras proteínas de membrana, los receptores de neurotransmisores específicos se encuentran en lugares exactamente definidos: las membranas postsinápticas. Entre las proteínas de membrana también se conocen las proteínas de bomba o proteínas de transporte, cuya función es mantener la constancia del contenido interno de la célula.

La principal diferencia entre las células nerviosas y otros tipos de células del cuerpo es la presencia de un axón largo. Dado que los axones no tienen la "cocina" bioquímica para la síntesis de proteínas, todas las moléculas esenciales deben ser transportadas a las terminales mediante un proceso llamado transporte axonal, a menudo a través de distancias muy largas. Todas las moléculas necesarias para mantener la estructura y función, así como las moléculas de los canales de membrana, salen del cuerpo celular a través de esta ruta. De la misma forma, las moléculas capturadas por la membrana terminal regresan al cuerpo celular mediante transporte axonal.

Las neuronas también se diferencian de la mayoría de las células en que, salvo algunas excepciones, no pueden dividirse. Esto significa que en los animales adultos las neuronas muertas no pueden ser reemplazadas.

Regulación del desarrollo del sistema nervioso.

El alto grado de organización de una estructura como la retina plantea nuevos problemas. Si se necesita un cerebro humano para construir una computadora, entonces nadie controla el cerebro a medida que se desarrolla y establece conexiones. Sigue siendo un misterio cómo el "ensamblaje" correcto de partes del cerebro conduce a la aparición de sus propiedades únicas.

En la retina madura, cada tipo de célula se encuentra en una capa o subcapa correspondiente y forma conexiones estrictamente definidas con las células diana correspondientes. Un dispositivo de este tipo es una condición necesaria para su correcto funcionamiento. Por ejemplo, para que se desarrollen células ganglionares normales, la célula precursora debe dividirse, migrar a una ubicación específica, diferenciarse en una forma específica y formar conexiones sinápticas específicas.

Los axones de esta célula deben encontrar, a una distancia considerable (nervio óptico), una determinada capa de células diana en el siguiente eslabón de conmutación sináptica. Procesos similares ocurren en todas las partes del sistema nervioso, dando como resultado la formación de estructuras complejas con funciones específicas.

El estudio de los mecanismos de formación de estructuras tan complejas como la retina es uno de los problemas clave de la neurobiología moderna. Comprender cómo se forman las complejas interconexiones de las neuronas durante el desarrollo individual (ontogénesis) puede ayudar a describir las propiedades y los orígenes de los trastornos cerebrales funcionales. Algunas moléculas pueden desempeñar funciones clave en la diferenciación neuronal, el crecimiento, la migración, la formación de sinapsis y la supervivencia. Este tipo de moléculas se describen cada vez con más frecuencia. Es interesante observar que las señales eléctricas regulan las señales moleculares que desencadenan el crecimiento de los axones y la formación de conexiones. La actividad juega un papel en el establecimiento del patrón de conexiones.

Los enfoques genéticos permiten la identificación de genes que controlan la diferenciación de órganos completos, como el ojo en su conjunto. Hering y sus colegas estudiaron la expresión genética. sin ojos en una mosca de la fruta Drosofila, que controla el desarrollo de los ojos. La eliminación de este gen del genoma hace que los ojos no se desarrollen. Genes homólogos en ratones y humanos (conocidos como ojo pequeño Y aniridia) similar en estructura. Si un gen homólogo sin ojos En los mamíferos se integra y expresa artificialmente en la mosca, luego este animal desarrolla ojos adicionales (de estructura similar a una mosca) en las antenas, alas y patas. Esto sugiere que este gen controla la formación de los ojos de la misma manera en una mosca o en un ratón, a pesar de la estructura y propiedades completamente diferentes de los ojos de insectos y mamíferos.

Regeneración del sistema nervioso después de una lesión.

El sistema nervioso no sólo establece conexiones durante el desarrollo, sino que también puede reparar algunas conexiones después de un daño (su computadora no puede hacer esto). Por ejemplo, los axones de la mano pueden brotar después de una lesión y establecer conexiones; la mano puede volver a moverse y sentir el tacto. De manera similar, en una rana, pez o animal invertebrado, después de la destrucción del sistema nervioso, se observa regeneración axonal y restauración de la función. Después de cortar el nervio óptico en una rana o un pez, las fibras vuelven a crecer y el animal puede ver. Sin embargo, esta capacidad no es inherente al sistema nervioso central de los vertebrados adultos: en ellos no se produce la regeneración. Se desconocen las señales moleculares que bloquean la regeneración y su importancia biológica para el funcionamiento del sistema nervioso.

conclusiones

∙ Las neuronas están conectadas entre sí de forma estrictamente definida.

∙ La información se transmite de célula a célula a través de sinapsis.

∙ En sistemas relativamente simples, como la retina, es posible rastrear todas las conexiones y comprender el significado de las señales intercelulares.

∙ Las células nerviosas del cerebro son los elementos materiales de la percepción.

∙ Las señales en las neuronas están muy estereotipadas y son las mismas para todos los animales.

∙ Los potenciales de acción pueden viajar largas distancias sin pérdida.

∙ Los potenciales graduales locales dependen de las propiedades eléctricas pasivas de las neuronas y se propagan sólo en distancias cortas.

∙ La estructura especial de las células nerviosas requiere un mecanismo especializado para el transporte axonal de proteínas y orgánulos hacia y desde el cuerpo celular.

∙ Durante el desarrollo individual, las neuronas migran a sus ubicaciones finales y establecen conexiones con objetivos.

∙ Las señales moleculares controlan el crecimiento de los axones.

Bibliografía

Penrose R. LA NUEVA MENTE DEL REY. Sobre computadoras, pensamiento y las leyes de la física.

Gregory R. L. Ojo Inteligente.

Lekah V. A. La clave para comprender la fisiología.

Gamow G., Ichas M. Sr. Tompkins dentro de sí mismo: aventuras en la nueva biología.

Kozhedub R. G. Membrana y modificaciones sinópticas en manifestaciones de los principios básicos de la función cerebral.