Передача інформації в нервовій системі
Розділ 11 НЕРВОВА РЕГУЛЯЦІЯ ФУНКЦІЙ ОРГАНІЗМУ ЛЮДИНИ
§ 53. Передача інформації в нервовій системі
Як формується нервовий імпульс? Звернімося до прикладів (див. § 52). Чутливий нейрон, що сприймає температуру (терморецептор), перебуває в стані спокою доти, доки температура об’єкта, з яким контактує людина, не досягне значущого для організму рівня (його називають пороговим). Коли на закінчення чутливого нейрона діє пороговий подразник, нервова клітина реагує на нього. Вона перетворює енергію подразника на електричну енергію – кодує
Генерує імпульс сам нейрон (мал. 53.1). Концентрації позитивно і негативно заряджених іонів (Натрію, Калію, органічних речовин тощо) поза нейроном і всередині нього неоднакові. Отже, у стані спокою його плазматична мембрана ззовні має позитивний заряд,
Мал. 53.1. Утворення нервового імпульсу. Нейрон у стані спокою (а); виникнення нервового імпульсу (б); переміщення нервового імпульсу (в):
1 – тіло нейрона; 2 – аксон; 3 – мембрана аксона;
4 – дія подразника; 5 – позитивно заряджені іони;
6 – негативно заряджені
А зсередини – негативний. Під час дії порогового подразника проникність мембрани для іонів різко змінюється. За тисячні частки секунди заряди на мембрані змінюють знак на протилежний, а потім повертаються у вихідний стан. Так у місці надходження сигналу виникає електричний імпульс. З’явившись в одній точці мембрани, імпульс спричиняє перерозподіл зарядів на сусідній її ділянці – у ній також виникає електричний імпульс. У такий спосіб імпульс переміщується до закінчення аксона. Швидкість розповсюдження імпульсу по нейронах коливається від 0,5 до 120 м /сек.
Як передається інформація від нейрона до нейрона й до клітинмішеней? У синапсі (мал. 53.2) – місці контакту нейронів – між ділянками мембрани аксона того нейрона, що передає імпульс, і мембрани нейрона, який його одержує, розташована щілина. Подолати цю щілину електричний імпульс не може. Аби передати інформацію нейрону-адресату, нейрон-відправник перекодовує її на мову хімічних сигналів. Закінчення його аксона містять міхурці з речовинами-медіаторами. Кожний імпульс, досягаючи закінчення аксона, спричиняє викид певної кількості медіатора. Через синаптичну щілину медіатор потрапляє на мембрану нейрона-адресата, де розташовані білки-рецептори. Медіатор зв’язується з ними, і інформація надходить до нейрона-адресата. У такий спосіб передається інформація і від нейрона до клітини-мішені.
Мал. 53.2. Передача інформації нейроном через синапс (а); зміна заряду на мембрані нейрона-адресата (б):
1 – аксон; 2 – міхурці з молекулами медіатора; 3 – мітохондрії; 4 – мембрана аксона;
5 – синаптична щілина; 6 – молекули медіатора;
7 – мембрана нейрона – адресата
Мал. 53.3. Схема рефлекторної дуги колінного рефлексу: 1 – м’яз;
2 – чутливий нейрон; 3 – спинний мозок; 4 – ефекторний нейрон
Відповідь клітини-мішені або нейрона залежить від виду медіатора і рецептора, з яким медіатор зв’язується. Так, під час передачі нервового імпульсу на скелетне м’язове волокно нейрон викидає медіатор ацетилхолін. Він взаємодіє з рецептором на мембрані м’язового волокна, і на ній виникає електричний імпульс – кажуть, що клітина збуджується. Унаслідок збудження м’язове волокно скорочується. А от на клітини водія серцевого ритму (див. § 21) медіатор ацетилхолін діє протилежно. Він сполучається з рецепторами іншого виду, і передача електричного імпульсу призупиняється. Відбувається гальмування клітин водія ритму: частота імпульсів, які вони генерують, знижується, зменшується частота серцевих скорочень.
Залежно від того, який ефект у клітині-мішені спричиняє взаємодія рецептора з певним медіатором, рецептори поділяють на збудливі або гальмівні. Гальмівні і збудливі рецептори є і на мембранах нейронів. Отже, збуджуватися й гальмуватися можуть і нейрони. Під час збудження нейрон генерує електричний імпульс, а під час гальмування формування імпульсу блокується.
На мембрані нейрона розташовано безліч синапсів, до яких постійно надходять різні медіатори – одні діють на гальмівні рецептори, інші – на збудливі. Відповідь нейрона на ці протилежні впливи залежить від того, які з сигналів переважають – збудливі або гальмівні. Якщо переважають збудливі, нейрон збуджується і передає інформацію іншим нейронам або клітинам-мішеням. Якщо ж переважають гальмівні – нейрон гальмується, передача інформації призупиняється.
Принцип рефлексу й рефлекторна дуга. Основою будь-якого рефлексу є ланцюг нейронів – рефлекторна дуга. Проста рефлекторна дуга складається з двох нейронів – чутливого й ефекторного, між якими існує синаптичний зв’язок. За допомогою такої дуги реалізується, наприклад, колінний рефлекс (мал. 53.3) – розгинання ноги в колінному суглобі у відповідь на легкий удар трохи нижче за колінну чашечку. Нервові закінчення дендритів чутливого нейрона, що розташовані в м’язі-розгиначі, фіксують його розтягування, спричинене ударом молоточка. Чутливий нейрон збуджується, передає збудження на ефекторний нейрон, аксон якого закінчується в тому самому м’язі, що розгинає ногу в колінному суглобі. Ефекторний нейрон, у свою чергу, збуджує м’язові волокна, м’яз скорочується, і нога в коліні розгинається. Рефлекторна дуга, яка забезпечує рефлекс частоти серцевих скорочень унаслідок дії раптового звуку, значно складніша. Зв’язок між чутливим нейроном, по якому надходить сигнал від органа слуху, і ефекторним нейроном, що доправляє команду до серця, опосередкований кількома інтернейронами.
Обидва ці рефлекси є вродженими. Зв’язки між нейронами, які утворюють відповідні рефлекторні дуги, спадково запрограмовані. Окрім уроджених рефлексів, у людини існує безліч набутих рефлексів. А це означає, що величезна кількість зв’язків між нейронами, які об’єднують їх у рефлекторні дуги, формується протягом усього життя і є наслідком досвіду, який набуває людина.
