Πώς λειτουργεί ο ανθρώπινος εγκέφαλος;

Ο εγκέφαλος λειτουργεί ως δομική και λειτουργική μονάδα που αποτελείται κυρίως από δύο τύπους κυττάρων: νευρώνες και γλοιακά κύτταρα. Εκτιμάται ότι υπάρχουν περίπου 100 τρισεκατομμύρια νευρώνες του ανθρώπινου νευρικού συστήματος και περίπου 1.000 τρισεκατομμύρια νευρογλοιακά κύτταρα (υπάρχουν 10 φορές περισσότερα από ό, τι τα νευρογλοιακά κύτταρα νευρώνες).

Οι νευρώνες είναι ιδιαίτερα εξειδικευμένοι και οι λειτουργίες τους είναι να λαμβάνουν, επεξεργάζονται και μεταδίδουν πληροφορίες μέσω διαφόρων κυκλωμάτων και συστημάτων. Η διαδικασία διαβίβασης των πληροφοριών πραγματοποιείται μέσω συνάψεων, οι οποίες μπορούν να είναι ηλεκτρικές ή χημικές.

Τα νευρογλοιακά κύτταρα, από την άλλη πλευρά, είναι υπεύθυνα για τη ρύθμιση του εσωτερικού περιβάλλοντος του εγκεφάλου και διευκολύνουν τη διαδικασία επικοινωνίας νευρώνων. Αυτά τα κύτταρα είναι διατεταγμένα σε όλο το νευρικό σύστημα που σχηματίζεται εάν είναι δομημένα και εμπλέκονται στις διαδικασίες ανάπτυξης και σχηματισμού του εγκεφάλου.

Παλαιότερα πίστευαν ότι τα νευρογλοιακά κύτταρα ήταν ακριβώς η δομή του νευρικού συστήματος, εξ ου και το περίφημο μύθο που χρησιμοποιούμε μόνο το 10% του εγκεφάλου μας. Σήμερα, όμως, γνωρίζουμε ότι πληροί πολύ πιο σύνθετες λειτουργίες, για παράδειγμα, που σχετίζονται με τη ρύθμιση του ανοσοποιητικού συστήματος και των διαδικασιών της κυτταρικής πλαστικότητας μετά από τραυματισμό.

Επιπλέον, είναι σημαντικό για τους νευρώνες για να λειτουργήσει σωστά, δεδομένου ότι διευκολύνουν νευρωνική επικοινωνία και διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στη μεταφορά των θρεπτικών συστατικών στους νευρώνες.

Όπως μπορείτε να μαντέψετε, ο ανθρώπινος εγκέφαλος είναι απίστευτα πολύπλοκο. Εκτιμάται ότι ένας ανθρώπινος εγκέφαλος των ενηλίκων περιέχει μεταξύ 100 και 500 τρισεκατομμύρια συνδέσεις και γαλαξία μας έχει περίπου 100 τρισεκατομμύρια αστέρια, έτσι ώστε να μπορεί να εξαχθεί το συμπέρασμα ότι ο ανθρώπινος εγκέφαλος είναι πολύ πιο περίπλοκη από ό, τι ένα γαλαξία (Garcia Nunez, Santin, Redolar, & Valero, 2014).

Επικοινωνία μεταξύ νευρώνων: συνάψεις

Η λειτουργία του εγκεφάλου περιλαμβάνει τη μετάδοση πληροφοριών μεταξύ νευρώνων, η μετάδοση γίνεται μέσω μίας περισσότερο ή λιγότερο περίπλοκης διαδικασίας που ονομάζεται σύναψη.

Οι συνάψεις μπορεί να είναι ηλεκτρικές ή χημικές. Ηλεκτρικές συνάψεις αποτελούνται από αμφίδρομη μετάδοση του ηλεκτρικού ρεύματος μεταξύ δύο νευρώνων άμεσα, ενώ στην χημική συνάψεις απαιτηθούν ορισμένες διαμεσολαβητές που ονομάζονται νευροδιαβιβαστές.

Βασικά, όταν ένας νευρώνας επικοινωνεί με άλλους δεν ενεργοποιούν ή αναστέλλουν αυτό για τις τελικές παρατηρήσιμες επιπτώσεις στη συμπεριφορά ή μιας φυσιολογικής λειτουργίας είναι το αποτέλεσμα της διέγερσης και της αναστολής των πολλών νευρώνων κατά μήκος ενός νευρωνικού κυκλώματος.

Ηλεκτρικές συνάψεις

Οι ηλεκτρικές συνάψεις είναι πολύ γρηγορότερες και απλούστερες από τις χημικές. Εξηγούνται με έναν απλό τρόπο, συνίστανται στη μετάδοση ρευμάτων αποπόλωσης μεταξύ δύο νευρώνων που είναι πολύ κοντά, σχεδόν κολλημένοι μαζί. Αυτός ο τύπος συνάψεως δεν παράγει συνήθως μακροπρόθεσμες μεταβολές στους μετασυναπτικούς νευρώνες.

Αυτές οι συνάψεις εμφανίζονται σε νευρώνες που έχουν μια στενή διασταύρωση, στην οποία οι μεμβράνες είναι σχεδόν άγγιξε, χωρίζονται από μερικά 2-4nm. Ο χώρος μεταξύ των νευρώνων είναι τόσο μικρός επειδή οι νευρώνες τους πρέπει να ενωθούν με κανάλια που σχηματίζονται από πρωτεΐνες που ονομάζονται connexins.

Τα κανάλια σχηματίζονται από συνδετίνη επιτρέπουν και οι δύο μέσα σε νευρώνες επικοινωνούν. Μέσω αυτών των πόρων μπορεί να περάσει μικρό (λιγότερο από 1 kDa) μόρια καθιστώντας χημικές συνάψεις που σχετίζονται με τις διαδικασίες της μεταβολικής επικοινωνίας εκτός από ηλεκτρική επικοινωνία, μέσω της ανταλλαγής δεύτερων αγγελιαφόρων που συμβαίνουν στη σύναψη, όπως τριφωσφορική ινοσιτόλη ( IP₃) ή κυκλική μονοφωσφορική αδενοσίνη (cAMP).

Ηλεκτρικές συνάψεις μεταξύ των νευρώνων συνήθως εκτελείται ο ίδιος τύπος, ωστόσο, μπορεί επίσης να παρατηρηθεί ηλεκτρική συνάψεις μεταξύ νευρώνων διαφορετικών τύπων ή ακόμη και μεταξύ των νευρώνων και αστροκυττάρων (ένα είδος νευρογλοιακών κυττάρων).

Οι ηλεκτρικές συνάψεις επιτρέπουν στους νευρώνες να επικοινωνούν με γρήγορο τρόπο και να συνδέουν συγχρόνως πολλούς νευρώνες. Χάρη σε αυτές τις ιδιότητες είμαστε σε θέση να εκτελέσει πολύπλοκες διαδικασίες που απαιτούν ταχεία μετάδοση των πληροφοριών, όπως αισθητηριακές και γνωστικές διαδικασίες, μηχανές (προσοχή, μνήμη, τη μάθηση ...).

Χημικές συνάψεις

Χημική συνάψεις συμβαίνουν μεταξύ γειτονικών νευρώνων σε μία προσυναπτική στοιχείο συνδέεται, συνήθως ένα τερματικό νευράξονας, το οποίο σήμα, και ένα μετασυναπτική, η οποία συνήθως είναι στη soma ή δενδρίτες λήψη σήμα.

Αυτοί οι νευρώνες δεν είναι κολλημένοι, υπάρχει ένας χώρος μεταξύ τους ενός 20nm που ονομάζεται συναπτική σχισμή.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι χημικών συνάψεων ανάλογα με τα μορφολογικά χαρακτηριστικά τους. Σύμφωνα με τον Γκρέι (1959), οι χημικές συνάψεις μπορούν να χωριστούν σε δύο ομάδες.

• Τύποι Ι χημικές συνάψεις (ασύμμετρη) Σε αυτές τις συνάψεις προσυναπτική συστατικό σχηματίζεται από το ότι περιέχει τερματικά νευράξονα και μετασυναπτικών στρογγυλεμένες κυστίδια είναι σε δενδρίτες και υπάρχει πολύ μετασυναπτικό πυκνότητα.
• Τύποι II χημικές συνάψεις (Συμμετρική). Σε αυτές τις συνάψεις προσυναπτική συστατικό σχηματίζεται από τα τερματικά νευράξονα περιέχουν οβάλ κυστίδια και μετασυναπτικό μπορεί να βρεθεί τόσο στην soma και δενδρίτες και μια μειωμένη πυκνότητα των μετασυναπτικών υποδοχέων σε συνάψεις του τύπου I. Άλλες διαφορές αυτού είδος των συνάψεων σχέση προς τον τύπο Ι είναι ότι η συναπτική σχισμή είναι στενότερο (περίπου 12nm).

Ο τύπος των συνάψεων εξαρτάται από τις νευροδιαβιβαστές που εμπλέκονται σε αυτό, έτσι ώστε σε συνάψεις που εμπλέκονται τύπου Ι είναι διεγερτικών νευροδιαβιβαστών, όπως γλουταμινικό, ενώ στον τύπο ΙΙ ανασταλτική νευροδιαβιβαστές δρουν ως GABA.

Αν και αυτό δεν συμβαίνει σε όλο το νευρικό σύστημα, σε ορισμένες περιοχές, όπως το νωτιαίο μυελό, μέλαινα ουσία, βασικά γάγγλια και το διδυμίου, σύναψη στο εκεί ΟΑΒΑνεργικών με μια δομή του τύπου Ι.

Ένας άλλος τρόπος χαρακτηρισμό της συνάψεων είναι ως προσυναπτικός και μετασυναπτικό συστατικά που σχηματίζουν. Για παράδειγμα, εάν τόσο η προσυναπτική συστατικό είναι ένα άξονα και δενδρίτες ονομάζονται μετασυναπτικό σύναψη axodendríticas έτσι μπορεί να βρει axoaxónicas συνάψεις, axosomatic, dendroaxónicas, dendrodendríticas ...

Ο τύπος των συνάψεων που προκύπτει πιο συχνά στο κεντρικό νευρικό σύστημα είναι συνάψεις axoespinosas τύπου Ι (ασύμμετρα). Εκτιμάται ότι 75-95% των συνάψεων στον εγκεφαλικό φλοιό είναι Τύπου Ι, ενώ μόνο μεταξύ 5 και 25% είναι τύπου II συνάψεων.

Οι χημικές συνάψεις συνοψίζονται απλά ως εξής:

1. Ένα δυναμικό δράσης φθάνει στο τερματικό άξονα, ανοίγει τα κανάλια ιόντων ασβεστίου (Ca²⁺) και μια ροή ιόντων απελευθερώνεται στη συναπτική σχισμή.
2. Ion ροής πυροδοτεί μια διαδικασία στην οποία τα κυστίδια, που γεμίζουν με νευροδιαβιβαστές, δεσμεύονται με μετασυναπτική μεμβράνη και ένα άνοιγμα πόρου από αφήνοντας όλα τα περιεχόμενά του μέσα στη συναπτική σχισμή.
3. Οι απελευθερωμένοι νευροδιαβιβαστές δεσμεύονται στον ειδικό μετασυναπτικό υποδοχέα για τον νευροδιαβιβαστή.
4. Η σύνδεση του νευροδιαβιβαστή στον μετασυναπτικό νευρώνα ρυθμίζει τις λειτουργίες του μετασυναπτικού νευρώνα.

Νευροδιαβιβαστές και νευροδιαμορφωτές

Η έννοια του νευροδιαβιβαστή περιλαμβάνει όλες τις ουσίες που απελευθερώνονται στη χημική σύναψη και που επιτρέπουν την επικοινωνία νευρώνων. Οι νευροδιαβιβαστές πληρούν τα ακόλουθα κριτήρια:

• Συντίθενται μέσα στους νευρώνες και υπάρχουν στα τερματικά του νευρικού συστήματος.
• Όταν απελευθερώνεται επαρκής ποσότητα του νευροδιαβιβαστή, ασκεί τα αποτελέσματά του στους γειτονικούς νευρώνες.
• Όταν έχουν ολοκληρώσει την ανάθεσή τους, εξαλείφονται μέσω μηχανισμών υποβάθμισης, απενεργοποίησης ή επανάκτησης.

Οι νευροδιαμορφωτές είναι ουσίες που συμπληρώνουν τις δράσεις των νευροδιαβιβαστών αυξάνοντας ή μειώνοντας την επίδρασή τους. Το κάνουν αυτό με τη σύνδεση συγκεκριμένων θέσεων εντός του postsynaptic υποδοχέα.

Υπάρχουν πολλοί τύποι νευροδιαβιβαστών, οι σημαντικότεροι είναι:

• Αμινοξέα, τα οποία μπορεί να είναι διεγερτικά, όπως γλουταμικό, ή αναστολείς όπως γ-αμινοβουτυρικό οξύ, γνωστό ως GABA.
• Ακετυλοχολίνη.
• Κατεχολαμίδια, όπως ντοπαμίνη ή νοραδρεναλίνη
• Ινδολαμίνες, όπως η σεροτονίνη.
• Νευροπεπτίδια.

Αναφορές

1. García, R., Núñez, Santín, L., Redolar, D., & Valero, Α. (2014). Νευρώνες και νευρωνική επικοινωνία. Στο Δ. Redolar, Γνωστική Νευροεπιστήμη (σελ. 27-66). Μαδρίτη: Παναμερικανα Ιατρική.
2. Gary, Ε. (1959). Αξω-σωματική και αξοντο-δενδριτική συνάψωση του εγκεφαλικού φλοιού: μια μελέτη ηλεκτρονικού μικροσκοπίου. J.Anat, 93, 420-433.
3. Interns, Η. (S.f.). Πώς λειτουργεί ο εγκέφαλος; Γενικές αρχές. Ανακτήθηκε την 1η Ιουλίου 2016 από την Επιστήμη για Όλους.