2.2. Строение нервных клеток и связей между ними

Важной особенностью работы нервных клеток (нейронов) является то, что они выполняют свои функции, будучи объединенными в сеть, а не изолированно, как клетки печени или почек.

Все нейроны имеют плазматическую мембрану, определяющую границы индивидуальной клетки и обеспечивающую возникновение нервного импульса (рис. 8–9). В центре цитоплазмы находится клеточное ядро, содержащее генетическую информацию, закодированную в химической структуре генов. В соответствии с этой информацией полностью сформированная клетка синтезирует специфические вещества, которые определяют форму, химизм и функции этой клетки. В отличие от большинства клеток тела зрелые нейроны не могут делиться. Поэтому генетически обусловленный химизм любого нейрона должен обеспечивать сохранение и изменение его функций на протяжении всей жизни.

Нейроны сильно различаются по форме, размерам, связям и способам функционирования. Большинство клеток нашего тела имеют шарообразную, кубическую или пластинчатую форму. Для нейронов характерны неправильные очертания: у них есть отростки («живые провода») аксон и дендриты. Дендриты и аксон сохраняют свою форму благодаря микротрубочкам, которые также обеспечивают передвижение синтезированных продуктов от центральной цитоплазмы к очень далеким концам аксонов и дендритов.

Место соединение нейронов – синапсы. Синапсы можно сравнить с перекрестками на проводящих путях мозга. В синапсах сигналы с помощью медиатора передаются только в одном направлении (с пресинаптической на постсинаптическую мембрану). Постсинаптическая мембрана обладает свойствами рецептора. Каждый пузырек медиатора несет в себе тысячи молекул вещества. Химический способ передачи в синапсе, который осуществляется за счет различных медиаторов (норадреналин, ацетилхолин, дофамин, гистамин и др.), обеспечивает более тонкую регуляцию работы следующей нервной клетки. Причем определенный нейрон использует только один медиатор во всех своих синапсах.

Синапсы бывают возбуждающие (одна клетка приказывает другой переходить к активности) и тормозные (затрудняется активность клетки, которой передается сигнал). Для работы синапса важно, что он может гибко приспосабливаться к самым различным уровням активности. Синтез и транспортировка специфических молекул в нейроне возрастает в период усиленной деятельности и снижается при малой функциональной нагрузке нейрона. В зависимости от выполняемых функций нейроны бывают сенсорные и моторные. В зависимости от положения нейрона в сети говорят о нейронах первого, второго и т.д. порядка, а также о промежуточных (вставных) нейронах.

Работа 50 миллиардов нейронов нашего мозга состоит в том, что они получают сигналы от одних нервных клеток и передают их другим. Передающие и принимающие клетки объединены в нервные сети.

Сети бывают иерархическими (передача возбуждения на разные уровни по принципу «вверх»-«вниз») или локальными (передача информации последовательно на одном уровне иерархии клеткам ближайшего окружения; у этих нейронов аксоны короткие). Иерархические сети обеспечивают очень точную передачу информации, но такая сеть не может быть сильнее своего самого слабого звена. Поэтому любые нарушения любого уровня этой сети (ранение, заболевание, инсульт, опухоль) выводят из строя всю систему.

Интересно, что в иерархических сетях могут встречаться участки с дивергентными связями (один нейрон посылает сигналы большому числу других нейронов) и конвергентными связями (один нейрон получает сигналы от множества других нейронов). Конвергенция и дивергенция обеспечивают сети возможностью уцелеть даже при серьезном повреждении сети.

В некоторых участках средней части мозга и в стволе мозга обнаружены максимально дивергентные сети (один нейрон связан с очень большим числом нервных клеток). Преимущества этой системы в том, что она может оказывать влияние на множество нейронов сразу; позволяет осуществлять связь со всеми иерархическими уровнями одновременно, нередко выходя за границы специфических сенсорных или двигательных систем. Поэтому такие сети называют неспецифическими. Такой сетью является ретикулярная формация. Ученые считают, что эти сети играют большую роль в интеграции многих видов деятельности нервной системы. Они подобны режиссерам массовых мероприятий, согласующих действия больших групп людей.

Вероятно, в каждый момент времени активна лишь небольшая часть путей, оканчивающихся на каком-то конкретном нейроне.

До сих пор остается загадкой, каким образом аксоны и дендриты определенной нервной клетки растут в направлении, обеспечивающем создание специфических связей, необходимых для ее функционирования. Есть мнение, что общий диапазон связей для большинства нервных клеток предопределен заранее и генетически контролируется, т.е. набор генов предопределяет: будущий тип каждой нервной клетки, ее размеры и форму, принадлежность к той или иной сети, используемый медиатор.

Но эксперименты показали, что нервные клетки способны к изменениям функций, к адаптивной перестройке. Например, если в норме нейрон зрительной коры имеет 50 связей с другими нейронами, то у животного, выращенного в темноте, остается только 5–10 связей. Наблюдения за небольшим поврежденным участком мозга показали, что неповрежденные нейроны могут восполнить утраченные звенья цепи путем некоторого ускорения нормального процесса замены синапсов. Существует даже мнение, что нейроны в нормальном состоянии все время образуют новые связи со своими мишенями, а после этого старые синапсы разрушаются.

Следовательно, при сохранении представления о том, что мозг не может восстанавливать (регенерировать) утраченные нервные клетки, структурная пластичность нервной системы объясняется созданием новых синаптических связей.