Кирилл В (vakhnenko) wrote,
Кирилл В
vakhnenko

Category:

Нейробионика, часть II: "Основы современной биологии никогда не будут казаться интересными"

Попытаюсь просто и коротко объяснить что такое нервная клетка, как она работает и как мы на нее может влиять извне.

Сначала было подумал писать формулы, но решил что они нафик никому не надобны. Лучше объяснить на пальцах. Ну и, естественно внизу есть много упрощений :)

Внешний вид

Есть множество типов нервных клеток

(c) Principles of Neural Science

Но я остановлюсь на так называемом моторном нейроне -- клетке которая управляет нашими мускулами. Вот схематичное изображение оного:

(c) Principles of Neural Science

Что мы видим на рисунке? На рисунке мы видим тело клетки. Также мы видим отростки сверху-сбоку -- это дендриты. Ну и видим отросток внизу, обмотанный какой-то фигней -- это аксон.

Как создается разность потенциалов

Итак, в основе работы нашей нервной системы находится передача электрических сигналов. Однако есть большая разница между током что питает сейчас ваш компьютер, и токами которые туда-сюда гуляют внутри вашей головы пока вы это читаете. Первый -- это результат движения электронов, тогда как второй -- это результат движения молекул с неким ненулевым зарядом, т.е. ионов. Стало быть ваш мыслительный процесс -- это мириады ионов (калий, натрий, кальций и так далее) которые болтаются туда-сюда по мозгу.

Естественно если бы ионы двигались совершенно бесконтрольно, то толк от них был бы околонулевой. Потому каждая нервная клетка обернута в непроницаемую для ионов мембрану, в которой сделаны специальные контролируемые проходы для ионов. Грубо говоря, оболочка нервной клетки это непроницаемая для ионов граница, в которой есть куча КПП, или гейтов.

Различные типы гейтов могут пропускать различные типы ионов -- примерно как в Ш-2 есть паспортный контроль для наших и для не-наших. Также есть много условий закрытия или открытия гейта, так то разность потенциала, наличие тех или иных химических веществ поблизости, механические напряжения и так далее.

В общем и целом, клетка может относительно неплохо контролировать какие ионы проникают в нее, а какие -- нет. Различная концентрация тех или иных ионов внутри и снаружи нервной клетки (помним что у них ненулевой заряд?) и создает разность потенциалов; в свою очередь та создает электрический ток, а стало быть -- передачу сигналов.

(c) Principles of Neural Science

Эл. потенциал между внутренней и наружней частью моторного нейрона в нормальных условиях равен емнип -70mV. Поддерживается он постоянно работающими "ионными" насосами которые туда-сюда качают ионы.

Как нейроны передают сигнал

Есть два пути, пассивный и активный.

Пассивный понять очень просто. Что будет если мы соберем кучу ионов в одном месте? Правильно, в силу диффузии и взаимного отталкивания они начнут разбредаться по окрестностям, создавая электрический ток.

(c) Principles of Neural Science

Дендриты помним? Так вот, дендриты служат как раз для доставки таки вот "пассивных" токов в тело клетки.

В одно отдельно взятое тело клетки может приходит до 200000 дендрит; каждый из которых поставляет некий ток. В теле клетки эти сигналы суммируются (грубо говоря ионы перемешиваются, и какого заряда больше тот и победил). Когда разность потенциала нейрона достигает определенного значения (-55mV), в аксоне инициируется активный сигнал.

Активный сигнал интересен тем, что в отличии от пассивного от не затухает с расстоянием. Т.е. когда ваш мозг доставляет некий сигнал в большой палец ноги, это проиcходит посредством такого вот активного сигнала. Механизм в общих чертах там такой:

(c) Principles of Neural Science

Т.е. когда в теле клетки разность потенциала между внутренней и внешней оболочкой достигла некоего предела, в аксоне активируются гейты, открытие которых завязано на определенный потенциал. Через гейты туда-сюда начинают сновать ионы, меняя потенциал данного участка, что пассивно изменяет потенциал следующего участка. Там, в свою очередь, открываются тамошние гейты, ну и так далее.

Немного о скорости мысли. Если упростить, скорость распространения сигнала по аксону равна [квадратный корень диаметра аксона в микрометрах] (метров в секунду). Обычно диаметр аксона в районе 5-20микрометров. Так что скорость мысли (в обычных условиях) не превышает пяти метров в секунду, или 18 километров в час ;)


И наконец. А что если мы расположим поблизости от нервной клетки или аксона электрод и подадим ток? Совершенно верно -- пассивное распространение тока изменит потенциалы кучи дендрит и тел клеток (последствия могут быт самыми разными); а если оно будет достаточным для открытия гейтов в близлежащих аксонах, то тот еще и создаст самоподдерживающиеся сигналы, которые уйдут к мускулам и активируют их.

Вот собственно и все. В следующей части напишу про методы записи электрических токов с нервных клеток (благо сам много этим занимался), и про конкретные методы активации оных (типы электродов и проч.). Ну, или про любопытные случаи из практики нейрологов, благо есть под рукой пара интересных книжек.
Tags: нейробионика
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 2 comments