1.2 Основные взаимодействия нейронов и их отражение в электрических потенциалах

Поверхность тела, дендритов и аксонов нервной клетки образована оболочкой, называемой мембраной. По своим электрическим свойствам внутриклеточное вещество и экстраклеточная среда является электролитами. Мембрана нейрон для токов и напряжений, имеющихся в нервной системе в состояния покоя, является изолятором. Ферментные системы нейрона осуществляют обмен веществ, энергия которого обеспечивает направленный ток ионов через каналы мембраны.

В результате в окружающей среде нейрона накапливается избыток положительных ионов, что обеспечивает в состоянии покоя разность потенциалов между экстраклеточным и внутриклеточным пространством, составляющую для разных нейронов 70-90 мВ.

Возбуждение или торможение нейрона развивается вследствие воздействий, приходящих к нему от других нейронов через синапсы-места контакта нейронов. Синапс - это сложное образование, в области которого происходит передача информации от нервных окончаний одного нейрона к другому нейрону.

Рассмотрим процесс возбуждения нейрона. Под влиянием нейротрансмиттера, в рецепторных системах возникает ряд химических преобразований, которые изменяют проницаемость мембраны для ионов. В связи с этим разность потенциалов между и внеклеточным пространством уменьшается, происходит деполяризация мембраны нейрона. Мембрана вскоре восстанавливает свое исходное состояние, потенциал ее возвращается уровню покоя.

Такие отклонения потенциала имеют относительно небольшую амплитуду (порядка единиц мВ) и сравнительно большую длительность (до десятков и сотен миллисекунд). За счет нейротрансмитеров изменяется состояние мембраны, таким образом, разница концентрации положительно заряженных ионов между сторонами мембраны становиться больше, под влиянием чего и происходит гиперполяризация мембраны.

При осциллографической регистрации с расположением активного электрода внутри нейрона гиперполяризация проявляется отклонением потенциала в сторону неактивности, а деполяризация – в сторону позитивности.

За счет преобладания возбуждающих влияний происходит сдвиг потенциала от уровня покоя в сторону позитивности, а при преобладании тормозных влияний – в сторону негативности.

При достижении деполяризацией определенного критического уровня, называемого порогом нейрона, начинает возникать изменение проницаемости мембраны. Таким образом, возникает кратковременная инверсия потенциала мембраны, так что внутренняя среда оказывается заряженной положительно по отношению к внешней.

При внутриклеточном расположении регистрирующего электрода это изменение потенциала характеризуется высокоамплитудным отклонением положительной полярности и носит название – спайк (от англ.spike – пик, острие).

Спайк имеет амплитуду порядка десятков мВ и состоит из быстрого позитивного отклонения, длящегося около 0.5 мс, быстрой реполяризации (возвращение потенциала почти до изоэлектрической линии), длящегося около 1мс, и затем нескольких более низкоамплитудных колебаний около уровня потенциала покоя, называемой медленной реполяризацией.

Характерными особенностями спайков является их высокая амплитуда (порядка 50 -125 мВ), небольшая длительность (порядка 1 – 2 мс).

Таким образом, электрическая активность мозга отображает колебания потенциалов. ЭЭГ является результатом сложной суммации электрических потенциалов многих нейронов, работающих в значительной степени независимо.

Отклонения от случайного распределения событий в этой модели будут зависеть от функционального состояния (сон, бодрствования) и от характера процессов, вызывающих элементарн6ые потенциалы (спонтанная или вызванная активность).

Диапазон основных колебаний ЭЭГ составляет 0,5-70 Гц, который подразделяют на 4 основных полосы, обозначаемые греческими буквами:

α-альфа активность(8-13 Гц), β бета- активность(14-40 Гц), θ тета - активность(4-6 Гц),

δ дельта- активность (0,5-3Гц).

Электрическая активность отдельных нервных клеток отражает их функциональную активность по переработке и передачи информации.

Рисунок 1.1 - Соотношение между колебаниями спайков. -70 мВ – потенциал покоя мембраны.- 20 мВ уровень критической деполяризации, ниже которого возникает генерации спайков