Нервная система. Нейроны
Мозг можно назвать самым сложным из известных нам явлений. Но и он представляет из себя ткань, состоящую из простых клеток. Правда, клетки мозга — нейроны — особенные; их отличают характерная форма, способность наружной мембраны (оболочки) генерировать нервные импульсы и наличие уникальной структуры — синапса, служащего для передачи информации от одного нейрона к другому. Строение и принципы работы нейронной клетки у кошки, улитки, человека удивительно похожи. Поэтому особенности строения нервной клетки изучались на низших животных.
Любой нейрон состоит из тела клетки сферической или пирамидальной формы, дендритов — тонких трубчатых выростов, многократно разветвляющихся, и аксона — самого длинного и тонкого отростка, превышающего по длине в несколько раз размеры тела клетки и ветвящегося на конце. Дендриты принимают идущие от других клеток сигналы, аксон передает сигналы от клетки другим. Информация передается от одной клетки к другой через специальные места контакта — синапсы. Синапсы напоминают небольшие наросты или бляшки на теле клетки. Синапс передающей клетки выделяет вещество, называемое нейромедиатором, которое служит посредником для передачи сигнала на принимающую клетку. Нейромедиатор как бы замыкает цепь, осуществляя химическую передачу информации. Внутри клетки информация распространяется следующим образом.
Все живые клетки обладают свойством полярности. Внутри клетки существует относительный недостаток положительно заряженных частиц, а во внеклеточном пространстве положительных и отрицательных ионов примерно равное количество. Поэтому клетка отрицательно заряжена относительно наружной стороны. Но нейроны способны применять внутренний отрицательный потенциал. При воздействии медиатора, выделяемого синапсом передающей клетки, свойства оболочки принимающей клетки меняются: оболочка выпускает отрицательные заряды во внеклеточное пространство. И менее чем за 1/1000 секунды клетка становится положительно заряженной. Этот кратковременный переход от отрицательного состояния клетки к положительному называется нервным импульсом. Нервный импульс распространяется вдоль аксона как волна.
Нервные системы примитивных беспозвоночных представляют собой нейроны, объединенные в группы — ганглии. Каждый ганглий обычно содержит от 500 до 1500 нейронов. Простейшей схемой, посредством которой природа объединяет клетки в нервную систему, является рефлекторная дуга. Она состоит из групп нейронов, идущих от сенсорных клеток, специализированных на восприятии информации из внешней среды, к клеткам-посредникам, и групп нейронов, идущих от центра к органам движения или действия. Рефлекторная дуга как элементарная часть нервной системы позволила организму осуществить принцип научения или приспособления к окружающей среде. Например, полезный рефлекс отдергивания руки от горячего предмета у человека осуществляется группой нейронов, идущих от чувствительных клеток кожи в центральную нервную систему, где информация «замыкается» и передается через нервные пути клеткам, активизирующим определенные группы мышц.
Последующие исследования показали, что понятие рефлекторной дуги нужно заменить понятием рефлекторного кольца. Выяснилось, что в мышце существуют чувствительные окончания, называемые проприорецепторами. Мышца, изменяя форму при движении, вызывает раздражение в проприорецепторах. Эти сигналы переключаются на клетки, управляющие движением мышц, и вносят изменения в состояние мышцы. Схематически этот процесс можно изобразить следующим образом:
[Схема взята из книги Н. А. Берштейна «О построении движения» (1947 г.)].
У более развитых организмов эволюция нервной системы происходила путем увеличения звеньев в цепи и, главным образом, увеличения числа и сложности связей клеток-посредников. Уже у животных, чуть более совершенных, чем медузы, наблюдается концентрация клеток-посредников в систему ганглиев (нервных узлов) и далее в единую центральную нервную систему. Если сопоставить количество нейронов, входящих в центральную нервную систему, — бывших клеток-посредников, и количество нейронов, осуществляющих передачу информации органам движения, т. е. периферической нервной системы, то разница оказывается впечатляющей. Нейронов в центральной нервной системе около 1010; клеток мотонейронов (управляющих движением) — два-три миллиона. Таким образом, нашу нервную систему можно сравнить с организацией, где на каждого исполнителя приходится по тысяче начальников и секретарей. Как же функционирует, управляет этот «административный корпус»? Как он устроен?