17. Нейрон – структурно-функциональная единица нервной системы. Нейронные сети

Нейрон – основная, структурная и функциональная единица нервной системы. Он представляет собой высоко дифференцированную нервную клетку, воспринимающую раздражения, перерабатывающую их и передающую сигнал к различным органам тела.

В нем различают тело клетки, один длинный, мало ветвящийся отросток – аксон и несколько коротких ветвящихся отростков – дендритов. Аксон по длине достигает от см до 1-1,5 м. Конец аксона сильно ветвится, образуя контакты со многими сотнями клеток. Дендриты – короткие, сильно ветвящиеся отростки. От одной клетки может отходить от 1 до 1000 дендритов.

Тело нейрона в различных отделах нервной системы имеет различную величину и форму (звездчатую, округлую, многоугольную). Оно покрыто цитоплазматической мембраной и содержит ядро с ядрышком, цитоплазму, митохондрии, рибосомы, аппарат Гольджи, эндоплазматическую сеть и другие органоиды.

Нейроны разделяют:

по строению на униполярные (с одним отростком), биполярные (с двумя отростками) и мультиполярные (с множеством отростков) нейроны;

функциональным свойствам на афферентные (или центростремительные), несущие информацию о внешней и внутренней среде организма в ЦНС, эфферентные (или центробежные), передающие от нее информацию к рабочим органам – эффекторам; вставочные (интернейроны. контактные, промежуточные), обеспечивающие связь между нейронами;

химическому веществу (медиатору), участвующему в проведении нервного импульса в окончаниях аксонов на адренергические, холинергические, серотонинергические, гистаминергические и другие;

эффекту действия на возбуждающие и тормозящие нейроны;

активности на фоново-активные, разряжающиеся непрерывно (ритмично, аритмично или пачками импульсов с интервалом составляющим миллисекунды) и играющие важную роль в поддержании тонуса центральной нервной системы, особенно коры большого мозга, и «молчащие» нейроны, возбуждающиеся только в ответ на раздражение;

по воспринимаемой сенсорной информации на мономодальные (нейроны центра слуха в коре большого мозга), бимодальные (нейроны вторичной зоны зрительного анализатора) и полимодальные (нейроны ассоциативных зон мозга, моторной зоны коры).

Отростки нейрона, покрытые оболочками, называют нервными волокнами.. Одни из них покрытые миелином, состоящим из жироподобного вещества, называются мякотными, а не имеющие его – безмякотными. Скорость проведения возбуждения в безмякотных волокнах значительно ниже и составляет 1-30 м/с, в то время как в мякотных волокнах – 120 м/с.

Миелинизация двигательных нервных волокон наступает уже к моменту рождения. К трехлетнему возрасту в основном завершается миелинизация нервных волокон, хотя рост миелиновой оболочки продолжается и после трехлетнего возраста. В неблагоприятных условиях процесс миелинизации у детей может задерживаться на несколько лет, что затрудняет управляющую и регулирующую деятельность нервной системы.

Скопление нервных волокон, покрытых сверху соединительной оболочкой, называют нервом. В состав большинства нервов входят как центростремительные, так и центробежные волокна.

Взаимодействующие между собой посредством передачи через отростки возбуждений нейроны формируют нейронные сети. Переход от рассмотрения отдельного нейрона к изучению нейронных сетей является естественным шагом в нейробиологической иерархии. Общее число нейронов в центральной нервной системе человека достигает 1010 - 1011, при этом каждая нервная клетка связана в среднем с 103 - 104 других нейронов. Установлено, что в головном мозге совокупность нейронов в объеме масштаба 1 мм3формирует относительно независимую локальную сеть, несущую определенную функциональную нагрузку. Выделяют несколько (обычно три) основных типов нейронных сетей, отличающихся структурой и назначением. Первый тип составляют иерархические сети, часто встречающиеся в сенсорных и двигательных путях. Информация в таких сетях передается в процессе последовательного перехода от одного уровня иерархии к другому. Нейроны образуют два характерных типа соединений - конвергентные, когда большое число нейронов одного уровня контактирует с меньшим числом нейронов следующего уровня, и дивергентные, в которых контакты устанавливаются со все большим числом клеток последующих слоев иерархии. Сочетание конвергентных и дивергентных соединений обеспечивает многократное дублирование информационных путей, что является решающим фактором надежности нейронной сети. При гибели части клеток, сохранившиеся нейроны оказываются в состоянии поддерживать функционирование сети. Ко второму типу нейронных сетей относятся локальные сети, формируемые нейронами с ограниченными сферами влияния. Нейроны локальных сетей производят переработку информации в пределах одного уровня иерархии. При этом функционально локальная сеть представляет собой относительно изолированную тормозящую или возбуждающую структуру. Важную роль также играют так называемые дивергентные сети с одним входом. Командный нейрон, находящийся в основании такой сети может оказывать влияние сразу на множество нейронов, и поэтому сети с одним входом выступают согласующим элементом в сложном сочетании нейросетевых систем всех типов. Рассмотрим схематически нейронную сеть, формирующую простой рефлекторную цепь с передачей возбуждения от раздражителя к двигательной мышце (Рис. 3.2). Сигнал внешнего раздражителя воспринимается сенсорными нейронами, связанными с чувствительными клетками-рецепторами. Сенсорные нейроны формируют первый (нижний) уровень иерархии. Выработанные ими сигналы передаются нейронам локальной сети, содержащим множество прямых и обратных связей с сочетанием дивергентных и конвергентных соединений. Характер преобразованного в локальных сетях сигнала определяет состояние возбуждения моторных нейронов. Эти нейроны, составляющие верхний в рассматриваемой сети уровень иерархии, образно говоря, "принимают решение", которое выражается в воздействии на клетки мышечной ткани посредством нервно-мышечных соединений.