Məlumat

Sinir siqnalları ilə daşınan məlumat

Sinir siqnalları ilə daşınan məlumat


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Fəaliyyət potensialları fərdi neyronlarda sinir siqnallarını daşıyır və bir şəkildə məlumatı kodlayır. Sualım budur ki, sinir siqnalının daşıdığı məlumatı oxuyub kompüterə qidalandırmaq, hansı məlumatı ehtiva etdiyini başa düşmək olarmı?


Sinir məlumatı sünbül qatarlarında, əsasən sünbül tezliyi və əlaqəli parametrlər baxımından yer alır. Fərdi neyronlardakı bu sünbül qatarları patch clamp və Ca kimi üsullarla ölçülə bilər2+ təsvir. Bu üsulların hamısı olduqca mürəkkəbdir və şübhəsiz ki, kompüter tərəfindən dəstəklənir.

Bununla belə, fəaliyyət potensialının qeyd edilməsi ilə məs. görmə siniri, insanın nə gördüyünü bilə bilmərik. Buna baxmayaraq, neyronların konqlomeratlarının cavablarını ağıllı şəkildə xəritələşdirməklə, sinir liflərində daşınan məlumatın nə demək olduğunu təxmin edə bilərik. Misal üçün:

  • Hipokampusdakı yer neyronları ansamblının cavablarının xəritəsi siçanın labirintdə tam olaraq harada yerləşdiyini proqnozlaşdırmaq üçün uğurla istifadə edilmişdir (Quger və b., 2011);
  • EEG ilə ümumi potensial ölçüləri hərəkət etmək üçün istifadə edilə bilər süni əzalar, fiziki qüsurlu insanlarda göstərildiyi kimi. Əslində, beyindəki motor sahələrinin reaksiyalarını xəritələşdirməklə, insanın harada olduğunu təxmin etmək olar. düşüncə onların əzaları hərəkət edir.

İstinad
- Guger və b., Ön nevroloji (2011); 5 85


Mərkəzi sinir sisteminin funksiyaları

Mərkəzi sinir sistemi beyin və onurğa beynindən ibarətdir. Bu, periferik sinir sistemi kimi tanınan neyronların kompleks şəbəkəsini də əhatə edən ümumi sinir sisteminin bir hissəsidir. Sinir sistemi bədənin bütün hissələrindən məlumat göndərmək, qəbul etmək və şərh etmək üçün məsuliyyət daşıyır. Sinir sistemi daxili orqanların işini izləyir və əlaqələndirir və xarici mühitdəki dəyişikliklərə cavab verir.

Mərkəzi sinir sistemi (CNS) sinir sisteminin emal mərkəzi kimi fəaliyyət göstərir. O, periferik sinir sistemindən məlumat alır və məlumat göndərir. Beyin onurğa beynindən göndərilən sensor məlumatı emal edir və şərh edir. Həm beyin, həm də onurğa beyni beyin qişaları adlanan üç qatlı birləşdirici toxuma örtüyü ilə qorunur.

Mərkəzi sinir sisteminin içərisində mədəciklər adlanan içi boş boşluqlar sistemi var. Beyində (beyin mədəcikləri) əlaqəli boşluqlar şəbəkəsi onurğa beyninin mərkəzi kanalı ilə davamlıdır. Mədəciklər, xoroid pleksus adlanan mədəciklərin içərisində yerləşən xüsusi epitel tərəfindən istehsal olunan serebrospinal maye ilə doldurulur. Serebrospinal maye beyni və onurğa beynini əhatə edir, yastıqlayır və travmadan qoruyur. O, həmçinin beyinə qida maddələrinin dövriyyəsinə kömək edir.


1-ci hissə: Sinir sisteminə giriş

Ətrafınızı qavramağınıza imkan verməkdən tutmuş həyatınızın ən yaddaqalan anlarını xatırlamağa qədər sinir sistemi istənilən orqan sisteminin ən ecazkar xüsusiyyətlərini yerinə yetirə bilər. Təəssüf ki, araşdırmalar göstərir ki, bir çox nevroloji pozğunluqlar artmaqdadır. Məsələn, Alzheimer xəstəliyinin 2050-ci ilə qədər üç dəfə artacağı gözlənilir. Beləliklə, sabahın həkimlərinin bu artan xəstələr qrupuna qulluq etmək üçün lazım olan biliklərlə təchiz olunması həmişəkindən daha vacibdir.

Bu təlimatda təqdim olunan məlumat biologiya və biokimyaya aid olan sinir sisteminin əsas aspektlərini təsvir edəcəkdir. Sinir sisteminin funksiyasını daha yaxşı başa düşmək üçün Psixoloji Bozukluklar, Davranış və Biologiya üzrə Psixologiya və Sosiologiya təlimatlarımıza müraciət etməyinizə əmin olun.

Bu təlimatda siz bir neçə termini görəcəksiniz qalın. Bu anlayışları yaxşı başa düşdüyünüzə əmin olun! Bələdçinin sonunda biliklərinizi yoxlamaq üçün istifadə edə biləcəyiniz bir neçə MCAT tipli təcrübə problemi də olacaq.


Qoxu alma

Qoxu hissi uzun müddət hisslərimizin ən müəmmalısı olaraq qaldı. 10.000-ə yaxın müxtəlif qoxunu tanımaq və yadda saxlamaq üçün əsas prinsiplər başa düşülməmişdir. Bu ilin Fiziologiya və Tibb üzrə Nobel Mükafatları bu problemi həll etdi və bir sıra qabaqcıl tədqiqatlarda qoxu alma sistemimizin necə işlədiyini aydınlaşdırdı. Onlar 1000-ə yaxın fərqli gendən (genlərimizin üç faizi) ibarət böyük bir gen ailəsini kəşf etdilər ki, bu da qoxu reseptorlarının ekvivalent sayına səbəb olur. Bu reseptorlar burun epitelinin yuxarı hissəsində kiçik bir sahə tutan və inhalyasiya olunmuş odorant molekullarını aşkar edən qoxu reseptor hüceyrələrində yerləşir.

Hər bir qoxu reseptor hüceyrəsi yalnız bir növ odorant reseptoruna malikdir və hər bir reseptor məhdud sayda odorant maddələri aşkar edə bilir. Bizim iybilmə reseptor hüceyrələrimiz buna görə də bir neçə qoxu üçün yüksək dərəcədə ixtisaslaşmışdır. Hüceyrələr nazik sinir proseslərini birbaşa beynin əsas iybilmə bölgəsi olan iybilmə lampasında fərqli mikro domenlərə, glomerulilərə göndərirlər. Eyni tip reseptoru daşıyan reseptor hüceyrələri öz sinir proseslərini eyni glomerulusa göndərirlər. Olfaktör lampadakı bu mikro domenlərdən məlumat daha sonra beynin digər hissələrinə ötürülür, burada bir neçə qoxu reseptorundan gələn məlumatlar birləşərək nümunə formalaşdırır. Buna görə də şüurlu şəkildə yazda yasəmən çiçəyinin qoxusunu hiss edə və başqa vaxtlarda bu qoxu yaddaşını xatırlaya bilərik.

Richard Axel, Nyu-York, ABŞ və Linda Buck, Seattle, ABŞ, 1991-ci ildə birgə əsas məqaləni nəşr etdilər və burada qoxu reseptorları üçün minə yaxın gendən ibarət çox böyük ailəni təsvir etdilər. Axel və Buck o vaxtdan bəri bir-birindən asılı olmayaraq işləmişlər və onlar molekulyar səviyyədən hüceyrələrin təşkilinə qədər qoxu sistemini aydınlaşdıran bir neçə zərif, çox vaxt paralel tədqiqatlar aparmışlar.

Qoxu sistemi həyat keyfiyyəti üçün vacibdir

Bir şey həqiqətən dadlı olduqda, bu, ilk növbədə, müsbət hesab etdiyimiz keyfiyyətləri aşkar etməyə kömək edən qoxu sisteminin aktivləşməsidir. Yaxşı bir şərab və ya günəşdə yetişmiş yabanı çiyələk müxtəlif qoxu molekullarını qavramağa kömək edən bir sıra odorant reseptorlarını aktivləşdirir.

Unikal bir qoxu uşaqlığımızdan və ya sonrakı həyatda müsbət və ya mənfi emosional anlardan fərqli xatirələrə səbəb ola bilər. Təzə olmayan və halsızlığa səbəb olacaq tək bir istiot, illərlə yaddaşımızda qalan bir xatirə qoya bilər və nə qədər ləzzətli olsa da, içində clams olan hər hansı yeməyi qəbul etməyimizə mane ola bilər. Qoxu hissini itirmək ciddi bir maneədir – biz artıq yeməyin müxtəlif keyfiyyətlərini dərk etmirik və xəbərdarlıq siqnallarını, məsələn, yanğından çıxan tüstüləri aşkar edə bilmirik.

Qoxu alma əksər növlər üçün mərkəzi əhəmiyyət kəsb edir

Bütün canlı orqanizmlər ətraf mühitdəki kimyəvi maddələri aşkar edə və müəyyən edə bilirlər. Aydındır ki, uyğun qidaları müəyyən edə bilmək və çürümüş və ya yararsız qidalardan qaçınmaq üçün böyük bir sağ qalma dəyəri var. Balıqlarda nisbətən az sayda odorant reseptoru olduğu halda, yüzə yaxın, siçanlarda - Aksel və Buk növünün tədqiq etdiyi - minə yaxın var. İnsanlarda siçanlardan bir qədər az sayda genlər var, təkamül zamanı bəzi genlər itir.

Yeni doğulmuş məməli balası üçün anasının döşlərini tapmaq və süd əldə etmək üçün qoxu tamamilə vacibdir – qoxu almadan bala yardımsız sağ qala bilməz. Qoxu hissi bir çox yetkin heyvanlar üçün də böyük əhəmiyyət kəsb edir, çünki onlar ətraf mühiti əsasən qoxu hiss edərək müşahidə edir və şərh edirlər. Məsələn, itlərdə qoxu epitelinin sahəsi insanlardan təxminən qırx dəfə böyükdür.

Odorant reseptorlarının böyük ailəsi

Qoxu sistemi, ilk növbədə molekulyar üsullardan istifadə edərək deşifrə edilən ilk duyğu sistemimizdir. Axel və Buck, genlərimizin üç faizinin qoxu reseptor hüceyrələrinin membranındakı müxtəlif qoxu reseptorlarını kodlaşdırmaq üçün istifadə edildiyini göstərdi. Bir qoxu reseptoru qoxulu bir maddə ilə aktivləşdirildikdə, qoxu reseptor hüceyrəsində elektrik siqnalı işə salınır və sinir prosesləri vasitəsilə beyinə göndərilir. Hər bir odorant reseptoru əvvəlcə birləşdiyi G proteinini aktivləşdirir. G proteini öz növbəsində cAMP (siklik AMP) əmələ gəlməsini stimullaşdırır. Bu xəbərçi molekul ion kanallarını aktivləşdirir, bu kanallar açılır və hüceyrə aktivləşir. Axel və Buck odorant reseptorlarının böyük ailəsinin G proteinlə əlaqəli reseptorlara (GPCR) aid olduğunu göstərdi.

Bütün odorant reseptorları əlaqəli zülallardır, lakin onların niyə müxtəlif qoxu molekulları tərəfindən tetiklendiyini izah edən müəyyən detallarda fərqlənirlər. Hər bir reseptor hüceyrə membranına bağlanmış və onu yeddi dəfə keçən bir amin turşusu zəncirindən ibarətdir. Zəncir odorantın yapışa biləcəyi bir bağlayıcı cib yaradır. Bu baş verdikdə, reseptor zülalının forması dəyişir, bu da G proteininin aktivləşməsinə səbəb olur.

Hər bir qoxu reseptor hüceyrəsində bir növ qoxu reseptoru

Müstəqil olaraq, Axel və Buck hər bir qoxu reseptor hüceyrəsinin odorant reseptor genlərindən bir və yalnız birini ifadə etdiyini göstərdi. Beləliklə, odorant reseptorları olduğu qədər qoxu reseptor hüceyrələrinin də bir çox növü var. Tək qoxu reseptor hüceyrələrindən gələn elektrik siqnallarını qeyd etməklə göstərmək mümkün oldu ki, hər bir hüceyrə yalnız bir qoxulu maddəyə deyil, müxtəlif intensivliklə də olsa, bir-biri ilə əlaqəli bir neçə molekula reaksiya verir.

Buck's tədqiqat qrupu fərdi qoxu reseptor hüceyrələrinin xüsusi odorantlara həssaslığını araşdırdı. Pipet vasitəsilə hər hüceyrənin içindəkiləri boşaltdılar və həmin hüceyrədə hansı odorant reseptor geninin ifadə olunduğunu dəqiq göstərdilər. Bu yolla, onlar müəyyən bir qoxuya reaksiyanı həmin hüceyrənin daşıdığı xüsusi reseptor növü ilə əlaqələndirə bilərdilər.

Əksər qoxular çoxsaylı odorant molekullardan ibarətdir və hər bir qoxu molekulu bir neçə odorant reseptorunu aktivləşdirir. Bu, “ətirli naxış” meydana gətirən kombinator koduna gətirib çıxarır – bir qədər yamaqlı yorğan və ya mozaikadakı rənglər kimi. Bu, təqribən 10.000 müxtəlif qoxunu tanımaq və yaddaşımızı formalaşdırmaq qabiliyyətimiz üçün əsasdır.

Olfaktör reseptor hüceyrələri iybilmə lampasında mikro bölgələri aktivləşdirir

Hər bir qoxu reseptor hüceyrəsinin yalnız bir tək odorant reseptor genini ifadə etməsi çox gözlənilməz idi. Axel və Buck beyindəki ilk relay stansiyasının təşkilini təyin edərək davam etdilər. Olfaktör reseptor hüceyrəsi sinir proseslərini iybilmə lampasına göndərir, burada təxminən 2000 yaxşı müəyyən edilmiş mikroregionlar, glomeruli var. Beləliklə, qoxu reseptor hüceyrələrinin növləri ilə müqayisədə təxminən iki dəfə çox glomeruli var.

Axel və Buck müstəqil olaraq eyni tip reseptorları daşıyan reseptor hüceyrələrinin öz proseslərini eyni glomerulusa birləşdirdiyini göstərdilər və Axel'in tədqiqat qrupu siçanlarda reseptorun bu prosesdəki rolunu nümayiş etdirmək üçün mürəkkəb genetik texnologiyadan istifadə etdi. Eyni reseptoru olan hüceyrələrdən alınan məlumatların eyni glomerulusa yaxınlaşması göstərdi ki, yumaqcıqlar da diqqətəlayiq spesifiklik nümayiş etdirir (şəklə bax).

Glomerulidə biz yalnız iybilmə reseptor hüceyrələrindən gələn sinir proseslərini deyil, həm də onların növbəti səviyyəli sinir hüceyrələri olan mitral hüceyrələrlə təmaslarını tapırıq. Hər bir mitral hüceyrə yalnız bir glomerulus tərəfindən aktivləşdirilir və bununla da məlumat axınındakı spesifiklik qorunur. Uzun sinir prosesləri vasitəsilə mitral hüceyrələr məlumatı beynin bir neçə hissəsinə göndərir. Buck göstərdi ki, bu sinir siqnalları öz növbəsində beyin qabığındakı müəyyən mikro bölgələrə çatır. Burada bir neçə növ odorant reseptorundan alınan məlumatlar hər bir qoxu üçün xarakterik olan nümunə şəklində birləşdirilir. Bu şərh edilir və tanınan bir qoxunun şüurlu təcrübəsinə gətirib çıxarır.

Feromonlar və dad

Axel və Bak'ın qoxu sistemi üçün kəşf etdiyi ümumi prinsiplər, görünür, digər duyğu sistemlərinə də aiddir. Feromonlar, xüsusilə heyvanlarda müxtəlif sosial davranışlara təsir edə bilən molekullardır. Axel və Buck, bir-birindən asılı olmayaraq, feromonların burun epitelinin fərqli bir hissəsində lokallaşdırılmış digər iki GPCR ailəsi tərəfindən aşkar edildiyini aşkar etdilər. Dilin dad qönçələrində dad hissi ilə əlaqəli olan başqa bir GPCR ailəsi var.


İçindəkilər

Sinir sistemi öz adını beyindən və onurğa beynindən çıxan silindrik lif dəstələri (neyronların aksonları) olan və bədənin hər bir hissəsini innervasiya etmək üçün dəfələrlə budaqlanan sinirlərdən götürür. [4] Əsəblər qədim misirlilər, yunanlar və romalılar tərəfindən tanınacaq qədər böyükdür [5], lakin onların daxili quruluşu onları mikroskop vasitəsilə araşdırmaq mümkün olana qədər başa düşülməmişdir. [6] Müəllif Maykl Nikoletsias yazırdı: [7]

"Təxminən 1900-cü ilə qədər neyronların beynin əsas vahidləri olduğu bilinmədiyinə inanmaq çətindir (Santiago Ramón y Cajal). Eyni dərəcədə təəccüblüdür ki, beyində kimyəvi ötürülmə anlayışı təxminən 1900-cü ilə qədər bilinmirdi. 1930 (Henry Hallett Dale və Otto Loewi).Biz 1950-ci illərdə (Alan Lloyd Hodgkin, Andrew Huxley və John Eccles) neyronların öz aralarında ünsiyyət qurmaq üçün istifadə etdikləri əsas elektrik hadisəsini, fəaliyyət potensialını anlamağa başladıq. 1960-cı illərdə biz əsas neyron şəbəkələrinin stimulları necə kodladığını və beləliklə də əsas anlayışların mümkün olduğunu başa düşdük (David H. Hubel və Torsten Wiesel).Molekulyar inqilab 1980-ci illərdə ABŞ universitetlərini əhatə etdi. Məhz 1990-cı illərdə davranışın molekulyar mexanizmləri hadisələr geniş şəkildə tanındı (Erik Riçard Kandel).

Mikroskopik müayinə göstərir ki, sinirlər əsasən aksonlardan və onları əhatə edən və onları fasikullara ayıran müxtəlif membranlardan ibarətdir. Sinirləri əmələ gətirən neyronlar tamamilə sinirlərin içində deyil - onların hüceyrə bədənləri beyin, onurğa beyni və ya periferik qanqliyada yerləşir. [4]

Süngərlərdən daha inkişaf etmiş bütün heyvanların sinir sistemi var. Bununla belə, hətta süngərlər, birhüceyrəli heyvanlar və lil qəlibləri kimi qeyri-heyvanlar da neyronların öncülləri olan hüceyrədən hüceyrəyə siqnal mexanizmlərinə malikdirlər. [8] Meduza və hidra kimi radial simmetrik heyvanlarda sinir sistemi sinir şəbəkəsindən, təcrid olunmuş hüceyrələrin diffuz şəbəkəsindən ibarətdir. [9] Mövcud növlərin böyük əksəriyyətini təşkil edən ikitərəfli heyvanlarda sinir sistemi 550 milyon il əvvəl Ediakaran dövründə erkən yaranan ümumi bir quruluşa malikdir. [10] [11]

Hüceyrələr

Sinir sistemi iki əsas kateqoriya və ya hüceyrə növündən ibarətdir: neyronlar və glial hüceyrələr.

Neyronlar

Sinir sistemi xüsusi bir hüceyrə növü - neyron (bəzən "neyron" və ya "sinir hüceyrəsi" adlanır) olması ilə müəyyən edilir. [4] Neyronlar bir sıra üsullarla digər hüceyrələrdən fərqlənə bilər, lakin onların ən əsas xüsusiyyəti, siqnalların sürətli ötürülməsinə imkan verən molekulyar mexanizmləri ehtiva edən membran-membran keçidləri olan sinapslar vasitəsilə digər hüceyrələrlə əlaqə qurmalarıdır. elektrik və ya kimyəvi. [4] Bir çox neyron növləri bədənin uzaq hissələrinə qədər uzana bilən və minlərlə sinaptik əlaqə yarada bilən bir protoplazmatik çıxıntıya sahibdir [12] aksonlar adətən sinir adlanan dəstələrdə bədən boyunca uzanır.

İnsanlar kimi tək bir növün sinir sistemində belə, müxtəlif morfologiya və funksiyalara malik yüzlərlə müxtəlif növ neyron mövcuddur. [12] Bunlara işıq və səs kimi fiziki stimulları sinir siqnallarına çevirən sensor neyronlar və sinir siqnallarını əzələlərin və ya bezlərin aktivləşdirilməsinə çevirən motor neyronları daxildir, lakin bir çox növlərdə neyronların böyük əksəriyyəti mərkəzləşdirilmiş strukturların formalaşmasında iştirak edir ( beyin və qanqliya) və onlar bütün girişlərini digər neyronlardan alır və çıxışlarını digər neyronlara göndərirlər. [4]

Glial hüceyrələr

Qlial hüceyrələr (yunan dilindən "yapışqan" deməkdir) dəstək və qidalanma təmin edən, homeostazı qoruyan, miyelin əmələ gətirən və sinir sistemində siqnal ötürülməsində iştirak edən qeyri-neyron hüceyrələrdir. [13] İnsan beynində qliaların ümumi sayının təxminən neyronların sayına bərabər olduğu təxmin edilir, baxmayaraq ki, nisbətlər müxtəlif beyin bölgələrində dəyişir. [14] Qlial hüceyrələrin ən mühüm funksiyaları arasında neyronları dəstəkləmək və onları yerində saxlamaq, patogenləri məhv etmək və ölü neyronları çıxarmaq üçün neyronları elektriklə izolyasiya etmək və neyronların aksonlarını hədəflərinə istiqamətləndirən təlimatlar vermək üçün neyronları qidalandırıcı maddələrlə təmin etməkdir. [13] Çox vacib bir qlial hüceyrə növü (mərkəzi sinir sistemindəki oliqodendrositlər və periferik sinir sistemindəki Schwann hüceyrələri) aksonları əhatə edən və onlara fəaliyyət potensialını ötürməyə imkan verən elektrik izolyasiyasını təmin edən miyelin adlı yağlı maddənin təbəqələrini əmələ gətirir. çox daha sürətli və səmərəli. Son tapıntılar göstərir ki, mikroglia və astrositlər kimi qlial hüceyrələr mərkəzi sinir sistemində mühüm rezident immun hüceyrələri kimi xidmət edir.

Onurğalılarda anatomiya

Onurğalıların (insanların da daxil olmaqla) sinir sistemi mərkəzi sinir sisteminə (MSS) və periferik sinir sisteminə (PNS) bölünür. [15]

(CNS) əsas bölmədir və beyin və onurğa beynindən ibarətdir. [15] Onurğa kanalında onurğa beyni, kəllə boşluğunda isə beyin var. MSS, dura mater adlanan sərt, dərili xarici təbəqə də daxil olmaqla üç qatlı membranlar sistemi olan beyin qişası ilə əhatə olunub və qorunur. Beyin də kəllə, onurğa beyni isə fəqərələr tərəfindən qorunur.

Periferik sinir sistemi (PNS) MSS daxilində olmayan sinir sistemi strukturları üçün kollektiv bir termindir. [16] Sinir adlanan akson dəstələrinin böyük əksəriyyəti, hətta aid olduqları neyronların hüceyrə cisimləri beyin və ya onurğa beyni içərisində yerləşdiyi halda belə, PNS-yə aid edilir. PNS somatik və visseral hissələrə bölünür. Somatik hissə dərini, oynaqları və əzələləri innervasiya edən sinirlərdən ibarətdir. Somatik həssas neyronların hüceyrə cisimləri onurğa beyninin dorsal kök qanqliyalarında yerləşir. Avtonom sinir sistemi kimi də tanınan visseral hissədə daxili orqanları, qan damarlarını və bezləri innervasiya edən neyronlar var. Avtonom sinir sisteminin özü iki hissədən ibarətdir: simpatik sinir sistemi və parasimpatik sinir sistemi. Bəzi müəlliflər həmçinin PNS-nin bir hissəsi kimi hüceyrə cisimləri periferiyada yerləşən (eşitmə kimi hisslər üçün) hissiyyat neyronlarını da daxil edir, digərləri isə onları buraxırlar. [17]

Onurğalıların sinir sistemini də boz maddə və ağ maddə adlanan sahələrə bölmək olar. [18] Boz maddə (saxlanılmış toxumada yalnız boz olur və canlı toxumada daha yaxşı çəhrayı və ya açıq qəhvəyi kimi təsvir olunur) neyronların hüceyrə cisimlərinin yüksək nisbətini ehtiva edir. Ağ maddə əsasən miyelinli aksonlardan ibarətdir və rəngini mielindən alır. Ağ maddə bütün sinirləri və beyin və onurğa beyninin daxili hissəsini əhatə edir. Boz maddə beyin və onurğa beynindəki neyron qruplarında və onların səthlərini əhatə edən kortikal təbəqələrdə olur. Beyində və ya onurğa beynindəki neyronların çoxluğuna nüvə, periferiyadakı neyronların çoxluğuna isə qanqlion adlandığı anatomik bir konvensiya var. [19] Bununla belə, bu qaydanın bir neçə istisnası var, xüsusən də ön beynin bazal qanqliya adlanan hissəsi. [20]

Müqayisəli anatomiya və təkamül

Süngərlərdə sinir prekursorları

Süngərlərin sinaptik qovşaqlarla bir-birinə bağlı hüceyrələri, yəni neyronları və buna görə də sinir sistemi yoxdur. Bununla belə, sinaptik funksiyada əsas rol oynayan bir çox genin homoloqları var. Son tədqiqatlar göstərdi ki, süngər hüceyrələri postsinaptik sıxlığa (sinapsın siqnal qəbul edən hissəsi) bənzəyən bir quruluş yaratmaq üçün bir araya toplanan bir qrup zülal ifadə edirlər. [8] Lakin bu strukturun funksiyası hazırda aydın deyil. Süngər hüceyrələr sinaptik ötürülmə göstərməsələr də, kalsium dalğaları və bütün bədənin büzülməsi kimi bəzi sadə hərəkətlərə vasitəçilik edən digər impulslar vasitəsilə bir-biri ilə əlaqə qururlar. [21]

Radiata

Meduza, daraq jele və əlaqəli heyvanlarda mərkəzi sinir sistemi deyil, diffuz sinir şəbəkələri var. Əksər meduzalarda sinir şəbəkəsi bədən boyunca az və ya çox bərabər şəkildə yayılmışdır, daraq jelelərində ağız yaxınlığında cəmləşmişdir. Sinir şəbəkələri kimyəvi, toxunma və vizual siqnalları götürən motor neyronlarından ibarətdir, bədən divarının və ara neyronların daralmalarını aktivləşdirə bilər, həssas neyronlarda fəaliyyət nümunələrini aşkar edir və cavab olaraq siqnal göndərir. motor neyron qrupları. Bəzi hallarda ara neyron qrupları diskret qanqliyalara toplanır. [9]

Radiatada sinir sisteminin inkişafı nisbətən struktursuzdur. Bilateriyalılardan fərqli olaraq, radiata yalnız iki primordial hüceyrə təbəqəsinə malikdir, endoderma və ektoderma. Neyronlar, hər bir digər ektodermal hüceyrə növü üçün prekursor kimi xidmət edən xüsusi ektodermal prekursor hüceyrələrindən əmələ gəlir. [22]

İkitərəfli

Mövcud heyvanların böyük əksəriyyəti ikiqat heyvanlardır, yəni bir-birinin təxmini güzgü şəkilləri olan sol və sağ tərəfləri olan heyvanlardır. Bütün bilateriyaların 550-600 milyon il əvvəl Ediakar dövründə ortaya çıxan ümumi bir qurd kimi əcdaddan gəldiyi düşünülür. [10] Əsas ikitərəfli bədən forması ağızdan anusa qədər uzanan içi boş bağırsaq boşluğuna malik boru və hər bir bədən seqmenti üçün genişlənmiş ("qanqlion") sinir kordudur, ön tərəfində xüsusilə böyük qanqliyon adlanır. beyin".

Hətta məməlilər, o cümlədən insanlar, sinir sistemi səviyyəsində seqmentlərə bölünmüş ikitərəfli bədən planını göstərirlər. Onurğa beyni bir sıra seqmentar qanqliyalardan ibarətdir, hər biri bədən səthinin və altındakı əzələlərin bir hissəsini innervasiya edən motor və hiss sinirlərinə səbəb olur. Əzalarda innervasiya naxışının düzülüşü mürəkkəbdir, lakin gövdədə bir sıra dar zolaqlara səbəb olur. İlk üç seqment beyinə aiddir, ön beyin, ara beyin və arxa beyinə səbəb olur. [23]

Embrional inkişafın çox erkən mərhələlərində baş verən hadisələrə əsaslanaraq, ikiqatlıları protostomlar və deuterostomlar adlanan iki qrupa (superfila) bölmək olar. [24] Deuterostomlara onurğalılar, həmçinin exinodermlər, hemichordatlar (əsasən palamut qurdları) və Xenoturbellidans daxildir. [25] Daha müxtəlif qrup olan protostomlara artropodlar, molyuskalar və çoxsaylı qurdlar daxildir. Sinir sisteminin bədən daxilində yerləşdirilməsində iki qrup arasında əsas fərq var: protostomlar bədənin ventral (adətən aşağı) tərəfində bir sinir korduna malikdir, halbuki deuterostomlarda sinir kordları dorsalda (adətən yuxarıda) yerləşir. ) tərəf. Əslində, bədənin çoxsaylı aspektləri iki qrup arasında ters çevrilir, o cümlədən dorsal-ventral gradientləri göstərən bir neçə genin ifadə nümunələri. Əksər anatomistlər indi hesab edirlər ki, protostomların və deuterostomların cəsədləri bir-birinə nisbətən "ters çevrilmişdir" və bu fərziyyə ilk dəfə Geoffroy Saint-Hilaire tərəfindən onurğalılarla müqayisədə böcəklər üçün irəli sürülmüşdür. Beləliklə, məsələn, həşəratlarda bədənin ventral orta xətti boyunca uzanan sinir kordları var, bütün onurğalılarda isə dorsal orta xətt boyunca uzanan onurğa beyni var. [26]

Qurdlar

Qurdlar ən sadə ikitərəfli heyvanlardır və ikitərəfli sinir sisteminin əsas quruluşunu ən sadə şəkildə ortaya qoyurlar. Nümunə olaraq, yer qurdlarının bədənin uzunluğu boyunca uzanan və quyruqda və ağızda birləşən ikili sinir kordları var. Bu sinir kordları nərdivan pillələri kimi eninə sinirlərlə bağlanır. Bu eninə sinirlər heyvanın iki tərəfini koordinasiya etməyə kömək edir. Başdakı iki qanqliya ("sinir halqası") sadə beyinə bənzər funksiyanı yerinə yetirir. Heyvanın göz ləkələrindəki fotoreseptorlar işıq və qaranlıq haqqında sensor məlumat verir. [27]

Çox kiçik bir yumru qurd, nematodun sinir sistemi Caenorhabditis elegans, sinapsları da daxil olmaqla konnektomda tamamilə təsvir edilmişdir. Hər bir neyron və onun hüceyrə xətti qeydə alınmışdır və sinir əlaqələrinin hamısı olmasa da, əksəriyyəti məlumdur. Bu növdə sinir sistemi iki cinsin, kişi və qadın hermafroditlərin sinir sistemləri cinsi dimorfdur, müxtəlif sayda neyronlara və cinsiyyətə xas funksiyaları yerinə yetirən neyron qruplarına malikdir. In C. elegans, kişilərdə tam olaraq 383 neyron, hermafroditlərdə isə tam olaraq 302 neyron var. [28]

Buğumayaqlılar

Böcəklər və xərçəngkimilər kimi buğumayaqlıların, qarın uzunluğu boyunca uzanan iki paralel birləşdiricidən ibarət olan ventral sinir kordonu ilə bağlanan bir sıra qanqliyalardan ibarət sinir sistemi var. [29] Tipik olaraq, hər bədən seqmentinin hər tərəfində bir qanqlion var, baxmayaraq ki, bəzi qanqliyalar beyin və digər böyük qanqliyaları meydana gətirmək üçün birləşir. Baş seqmentində supraesophageal ganglion olaraq da bilinən beyin var. Böcəklərin sinir sistemində beyin anatomik olaraq protoserebrum, deutoserebrum və tritoserebrum bölünür. Beynin dərhal arxasında üç cüt birləşmiş qanqliyadan ibarət olan subesophageal ganglion yerləşir. Ağız hissələrini, tüpürcək vəzilərini və müəyyən əzələləri idarə edir. Bir çox artropodların yaxşı inkişaf etmiş hiss orqanları var, o cümlədən görmə üçün mürəkkəb gözlər və qoxu və feromon hissi üçün antenalar. Bu orqanlardan gələn duyğu məlumatı beyin tərəfindən emal olunur.

Böcəklərdə bir çox neyron beynin kənarında yerləşən və elektrik cəhətdən passiv olan hüceyrə bədənlərinə malikdir - hüceyrə cisimləri yalnız metabolik dəstək vermək üçün xidmət edir və siqnalizasiyada iştirak etmir. Hüceyrə gövdəsindən protoplazmatik lif axır və bol budaqlanır, bəzi hissələri siqnalları ötürür, digər hissələri isə siqnal alır. Beləliklə, həşərat beyninin əksər hissələri periferiya ətrafında düzülmüş passiv hüceyrə bədənlərinə malikdir, sinir siqnalının işlənməsi isə daxili hissədə neyropil adlanan protoplazmatik liflərin dolaşıqlığında baş verir. [30]

"Müəyyən edilmiş" neyronlar

Bir neyron deyilir müəyyən edilmişdir əgər onu eyni heyvandakı bütün digər neyronlardan fərqləndirən xüsusiyyətlərə malikdirsə - yer, neyrotransmitter, gen ifadə modeli və əlaqə kimi xüsusiyyətlər - və eyni növə aid hər bir fərdi orqanizmdə eyni dəstlə bir və yalnız bir neyron varsa xassələrinin. [31] Onurğalıların sinir sistemlərində bu mənada çox az sayda neyron "müəyyən edilir" - insanlarda heç birinin olmadığı güman edilir - lakin daha sadə sinir sistemlərində bəzi və ya bütün neyronlar beləliklə unikal ola bilər. Dairəvi qurdda C. elegansSinir sistemi hər hansı bir heyvanın ən ətraflı təsviri olan, bədəndəki hər bir neyron, hər bir qurdda eyni yer və eyni əlaqə ilə unikal şəkildə müəyyən edilə bilər. Bu faktın diqqətəlayiq nəticələrindən biri formasının olmasıdır C. elegans sinir sistemi tamamilə genom tərəfindən müəyyən edilir, təcrübədən asılı plastiklik yoxdur. [28]

Bir çox molyuskların və həşəratların beyinləri də müəyyən edilmiş əhəmiyyətli sayda neyronları ehtiva edir. [31] Onurğalılarda ən yaxşı tanınan neyronlar balıqların nəhəng Mauthner hüceyrələridir. [32] Hər bir balığın beyin sapının alt hissəsində, biri solda, biri sağda olmaqla iki Mauthner hüceyrəsi var. Hər bir Mauthner hüceyrəsinin üzərindən keçən, eyni beyin səviyyəsində neyronları innervasiya edən və sonra onurğa beyni ilə aşağıya doğru hərəkət edən, getdikcə çoxsaylı əlaqələr yaradan bir akson var. Mauthner hüceyrəsi tərəfindən yaradılan sinapslar o qədər güclüdür ki, tək bir fəaliyyət potensialı böyük bir davranış reaksiyasına səbəb olur: millisaniyələr ərzində balıq bədənini C şəklinə bükür, sonra düzəlir və bununla da sürətlə irəliləyir. Funksional olaraq bu, balığın yan xətt orqanına dəyən güclü səs dalğası və ya təzyiq dalğası ilə ən asanlıqla tətiklənən sürətli qaçış reaksiyasıdır. Mauthner hüceyrələri balıqda müəyyən edilmiş yeganə neyron deyil - hər onurğanın seqmental nüvəsində cüt "Mauthner hüceyrə analoqları" da daxil olmaqla daha 20 növ var. Mauthner hüceyrəsi fərdi olaraq qaçış reaksiyası verə bilsə də, adi davranış kontekstində digər hüceyrə növləri adətən cavabın amplitudasını və istiqamətini formalaşdırmağa kömək edir.

Mauthner hüceyrələri əmr neyronları kimi təsvir edilmişdir. Komanda neyronu, müəyyən bir davranışı fərdi olaraq idarə edə bilən bir neyron kimi təyin olunan müəyyən edilmiş neyronun xüsusi bir növüdür. [33] Bu cür neyronlar ən çox müxtəlif növlərin sürətli qaçış sistemlərində görünür - nəhəng ölçülərinə görə neyrofiziologiyada qabaqcıl təcrübələr üçün istifadə edilən kalamar nəhəng akson və kalamar nəhəng sinaps, hər ikisi kalamarın sürətli qaçış dövrəsində iştirak edir. Əmr neyronu konsepsiyası mübahisəli hala gəldi, çünki ilkin olaraq təsvirə uyğun görünən bəzi neyronların həqiqətən yalnız məhdud şəraitdə cavab verə bildiyini göstərən araşdırmalar var. [34]

Ən əsas səviyyədə sinir sisteminin funksiyası bir hüceyrədən digərinə və ya bədənin bir hissəsindən digərlərinə siqnal göndərməkdir. Bir hüceyrənin digər hüceyrələrə siqnal göndərməsinin bir çox yolu var. Bunlardan biri hormon adlanan kimyəvi maddələrin daxili dövriyyəyə buraxılmasıdır ki, onlar uzaq ərazilərə yayıla bilsinlər. Siqnalın bu "yayım" rejimindən fərqli olaraq, sinir sistemi "nöqtədən nöqtəyə" siqnallar verir - neyronlar öz aksonlarını xüsusi hədəf bölgələrə proyeksiya edir və xüsusi hədəf hüceyrələrlə sinaptik əlaqə qurur. [35] Beləliklə, sinir siqnalı hormonal siqnaldan daha yüksək səviyyədə spesifiklik qabiliyyətinə malikdir. O, həm də daha sürətlidir: ən sürətli sinir siqnalları saniyədə 100 metrdən çox sürətlə yayılır.

Daha inteqrativ səviyyədə sinir sisteminin əsas funksiyası bədəni idarə etməkdir. [4] Bunu duyğu reseptorlarından istifadə edərək ətraf mühitdən məlumat çıxarmaqla, mərkəzi sinir sisteminə bu məlumatı kodlayan siqnallar göndərməklə, müvafiq cavabı müəyyən etmək üçün məlumatı emal etməklə və cavabı aktivləşdirmək üçün çıxış siqnallarını əzələlərə və ya bezlərə göndərməklə edir. Mürəkkəb sinir sisteminin təkamülü müxtəlif heyvan növlərinin görmə, mürəkkəb sosial qarşılıqlı əlaqə, orqan sistemlərinin sürətli koordinasiyası və paralel siqnalların inteqrasiya olunmuş işlənməsi kimi qabaqcıl qavrayış qabiliyyətinə malik olmasını mümkün etmişdir. İnsanlarda sinir sisteminin mükəmməlliyi dil, anlayışların mücərrəd təsviri, mədəniyyətin ötürülməsi və insan beyni olmadan mövcud olmayan insan cəmiyyətinin bir çox xüsusiyyətlərinə sahib olmağı mümkün edir.

Neyronlar və sinapslar

Əksər neyronlar öz aksonları vasitəsilə siqnallar göndərirlər, baxmayaraq ki, bəzi növlər dendritdən dendritə əlaqə qura bilir. (Əslində, amacrine hüceyrələr adlanan neyron növlərinin aksonları yoxdur və yalnız onların dendritləri vasitəsilə əlaqə qururlar.) Sinir siqnalları bir akson boyunca hərəkət potensialı adlanan elektrokimyəvi dalğalar şəklində yayılır və bu, hüceyrədən hüceyrəyə siqnallar istehsal edir. akson terminalları digər hüceyrələrlə sinaptik əlaqə qurur. [36]

Sinapslar elektrik və ya kimyəvi ola bilər. Elektrik sinapsları neyronlar arasında birbaşa elektrik əlaqələri yaradır, [37] lakin kimyəvi sinapslar daha çox yayılmışdır və funksiya baxımından daha müxtəlifdir. [38] Kimyəvi sinapsda siqnalları göndərən hüceyrə presinaptik, siqnalları qəbul edən hüceyrə isə postsinaptik adlanır. Həm presinaptik, həm də postsinaptik sahələr siqnal prosesini həyata keçirən molekulyar mexanizmlərlə doludur. Presinaptik bölgədə neyrotransmitter kimyəvi maddələrlə dolu sinaptik veziküllər adlanan çoxlu sayda kiçik sferik damarlar var. [36] Presinaptik terminal elektriklə stimullaşdırıldıqda, membrana daxil edilmiş bir sıra molekullar aktivləşir və veziküllərin tərkibinin sinaptik yarıq adlanan presinaptik və postsinaptik membranlar arasındakı dar boşluğa buraxılmasına səbəb olur. Daha sonra neyrotransmitter postsinaptik membrana daxil edilmiş reseptorlara bağlanır və onların aktivləşdirilmiş vəziyyətə gəlməsinə səbəb olur. [38] Reseptorun növündən asılı olaraq, postsinaptik hüceyrəyə yaranan təsir daha mürəkkəb üsullarla həyəcanlandırıcı, tormozlayıcı və ya modulyasiyaedici ola bilər. Məsələn, motor neyron və əzələ hüceyrəsi arasında sinaptik təmasda nörotransmitter asetilkolinin sərbəst buraxılması əzələ hüceyrəsinin sürətli daralmasına səbəb olur. [39] The entire synaptic transmission process takes only a fraction of a millisecond, although the effects on the postsynaptic cell may last much longer (even indefinitely, in cases where the synaptic signal leads to the formation of a memory trace). [12]

There are literally hundreds of different types of synapses. In fact, there are over a hundred known neurotransmitters, and many of them have multiple types of receptors. [40] Many synapses use more than one neurotransmitter—a common arrangement is for a synapse to use one fast-acting small-molecule neurotransmitter such as glutamate or GABA, along with one or more peptide neurotransmitters that play slower-acting modulatory roles. Molecular neuroscientists generally divide receptors into two broad groups: chemically gated ion channels and second messenger systems. When a chemically gated ion channel is activated, it forms a passage that allows specific types of ions to flow across the membrane. Depending on the type of ion, the effect on the target cell may be excitatory or inhibitory. When a second messenger system is activated, it starts a cascade of molecular interactions inside the target cell, which may ultimately produce a wide variety of complex effects, such as increasing or decreasing the sensitivity of the cell to stimuli, or even altering gene transcription.

According to a rule called Dale's principle, which has only a few known exceptions, a neuron releases the same neurotransmitters at all of its synapses. [41] This does not mean, though, that a neuron exerts the same effect on all of its targets, because the effect of a synapse depends not on the neurotransmitter, but on the receptors that it activates. [38] Because different targets can (and frequently do) use different types of receptors, it is possible for a neuron to have excitatory effects on one set of target cells, inhibitory effects on others, and complex modulatory effects on others still. Nevertheless, it happens that the two most widely used neurotransmitters, glutamate and GABA, each have largely consistent effects. Glutamate has several widely occurring types of receptors, but all of them are excitatory or modulatory. Similarly, GABA has several widely occurring receptor types, but all of them are inhibitory. [42] Because of this consistency, glutamatergic cells are frequently referred to as "excitatory neurons", and GABAergic cells as "inhibitory neurons". Strictly speaking, this is an abuse of terminology—it is the receptors that are excitatory and inhibitory, not the neurons—but it is commonly seen even in scholarly publications.

One very important subset of synapses are capable of forming memory traces by means of long-lasting activity-dependent changes in synaptic strength. [43] The best-known form of neural memory is a process called long-term potentiation (abbreviated LTP), which operates at synapses that use the neurotransmitter glutamate acting on a special type of receptor known as the NMDA receptor. [44] The NMDA receptor has an "associative" property: if the two cells involved in the synapse are both activated at approximately the same time, a channel opens that permits calcium to flow into the target cell. [45] The calcium entry initiates a second messenger cascade that ultimately leads to an increase in the number of glutamate receptors in the target cell, thereby increasing the effective strength of the synapse. This change in strength can last for weeks or longer. Since the discovery of LTP in 1973, many other types of synaptic memory traces have been found, involving increases or decreases in synaptic strength that are induced by varying conditions, and last for variable periods of time. [44] The reward system, that reinforces desired behaviour for example, depends on a variant form of LTP that is conditioned on an extra input coming from a reward-signalling pathway that uses dopamine as neurotransmitter. [46] All these forms of synaptic modifiability, taken collectively, give rise to neural plasticity, that is, to a capability for the nervous system to adapt itself to variations in the environment.

Neural circuits and systems

The basic neuronal function of sending signals to other cells includes a capability for neurons to exchange signals with each other. Networks formed by interconnected groups of neurons are capable of a wide variety of functions, including feature detection, pattern generation and timing, [47] and there are seen to be countless types of information processing possible. Warren McCulloch and Walter Pitts showed in 1943 that even artificial neural networks formed from a greatly simplified mathematical abstraction of a neuron are capable of universal computation. [48]

Historically, for many years the predominant view of the function of the nervous system was as a stimulus-response associator. [49] In this conception, neural processing begins with stimuli that activate sensory neurons, producing signals that propagate through chains of connections in the spinal cord and brain, giving rise eventually to activation of motor neurons and thereby to muscle contraction, i.e., to overt responses. Descartes believed that all of the behaviors of animals, and most of the behaviors of humans, could be explained in terms of stimulus-response circuits, although he also believed that higher cognitive functions such as language were not capable of being explained mechanistically. [50] Charles Sherrington, in his influential 1906 book The Integrative Action of the Nervous System, [49] developed the concept of stimulus-response mechanisms in much more detail, and Behaviorism, the school of thought that dominated Psychology through the middle of the 20th century, attempted to explain every aspect of human behavior in stimulus-response terms. [51]

However, experimental studies of electrophysiology, beginning in the early 20th century and reaching high productivity by the 1940s, showed that the nervous system contains many mechanisms for maintaining cell excitability and generating patterns of activity intrinsically, without requiring an external stimulus. [52] Neurons were found to be capable of producing regular sequences of action potentials, or sequences of bursts, even in complete isolation. [53] When intrinsically active neurons are connected to each other in complex circuits, the possibilities for generating intricate temporal patterns become far more extensive. [47] A modern conception views the function of the nervous system partly in terms of stimulus-response chains, and partly in terms of intrinsically generated activity patterns—both types of activity interact with each other to generate the full repertoire of behavior. [54]

Reflexes and other stimulus-response circuits

The simplest type of neural circuit is a reflex arc, which begins with a sensory input and ends with a motor output, passing through a sequence of neurons connected in series. [55] This can be shown in the "withdrawal reflex" causing a hand to jerk back after a hot stove is touched. The circuit begins with sensory receptors in the skin that are activated by harmful levels of heat: a special type of molecular structure embedded in the membrane causes heat to change the electrical field across the membrane. If the change in electrical potential is large enough to pass the given threshold, it evokes an action potential, which is transmitted along the axon of the receptor cell, into the spinal cord. There the axon makes excitatory synaptic contacts with other cells, some of which project (send axonal output) to the same region of the spinal cord, others projecting into the brain. One target is a set of spinal interneurons that project to motor neurons controlling the arm muscles. The interneurons excite the motor neurons, and if the excitation is strong enough, some of the motor neurons generate action potentials, which travel down their axons to the point where they make excitatory synaptic contacts with muscle cells. The excitatory signals induce contraction of the muscle cells, which causes the joint angles in the arm to change, pulling the arm away.

In reality, this straightforward schema is subject to numerous complications. [55] Although for the simplest reflexes there are short neural paths from sensory neuron to motor neuron, there are also other nearby neurons that participate in the circuit and modulate the response. Furthermore, there are projections from the brain to the spinal cord that are capable of enhancing or inhibiting the reflex.

Although the simplest reflexes may be mediated by circuits lying entirely within the spinal cord, more complex responses rely on signal processing in the brain. [56] For example, when an object in the periphery of the visual field moves, and a person looks toward it many stages of signal processing are initiated. The initial sensory response, in the retina of the eye, and the final motor response, in the oculomotor nuclei of the brain stem, are not all that different from those in a simple reflex, but the intermediate stages are completely different. Instead of a one or two step chain of processing, the visual signals pass through perhaps a dozen stages of integration, involving the thalamus, cerebral cortex, basal ganglia, superior colliculus, cerebellum, and several brainstem nuclei. These areas perform signal-processing functions that include feature detection, perceptual analysis, memory recall, decision-making, and motor planning. [57]

Feature detection is the ability to extract biologically relevant information from combinations of sensory signals. [58] In the visual system, for example, sensory receptors in the retina of the eye are only individually capable of detecting "points of light" in the outside world. [59] Second-level visual neurons receive input from groups of primary receptors, higher-level neurons receive input from groups of second-level neurons, and so on, forming a hierarchy of processing stages. At each stage, important information is extracted from the signal ensemble and unimportant information is discarded. By the end of the process, input signals representing "points of light" have been transformed into a neural representation of objects in the surrounding world and their properties. The most sophisticated sensory processing occurs inside the brain, but complex feature extraction also takes place in the spinal cord and in peripheral sensory organs such as the retina.

Intrinsic pattern generation

Although stimulus-response mechanisms are the easiest to understand, the nervous system is also capable of controlling the body in ways that do not require an external stimulus, by means of internally generated rhythms of activity. Because of the variety of voltage-sensitive ion channels that can be embedded in the membrane of a neuron, many types of neurons are capable, even in isolation, of generating rhythmic sequences of action potentials, or rhythmic alternations between high-rate bursting and quiescence. When neurons that are intrinsically rhythmic are connected to each other by excitatory or inhibitory synapses, the resulting networks are capable of a wide variety of dynamical behaviors, including attractor dynamics, periodicity, and even chaos. A network of neurons that uses its internal structure to generate temporally structured output, without requiring a corresponding temporally structured stimulus, is called a central pattern generator.

Internal pattern generation operates on a wide range of time scales, from milliseconds to hours or longer. One of the most important types of temporal pattern is circadian rhythmicity—that is, rhythmicity with a period of approximately 24 hours. All animals that have been studied show circadian fluctuations in neural activity, which control circadian alternations in behavior such as the sleep-wake cycle. Experimental studies dating from the 1990s have shown that circadian rhythms are generated by a "genetic clock" consisting of a special set of genes whose expression level rises and falls over the course of the day. Animals as diverse as insects and vertebrates share a similar genetic clock system. The circadian clock is influenced by light but continues to operate even when light levels are held constant and no other external time-of-day cues are available. The clock genes are expressed in many parts of the nervous system as well as many peripheral organs, but in mammals, all of these "tissue clocks" are kept in synchrony by signals that emanate from a master timekeeper in a tiny part of the brain called the suprachiasmatic nucleus.

Mirror neurons

A mirror neuron is a neuron that fires both when an animal acts and when the animal observes the same action performed by another. [60] [61] [62] Thus, the neuron "mirrors" the behavior of the other, as though the observer were itself acting. Such neurons have been directly observed in primate species. [63] Birds have been shown to have imitative resonance behaviors and neurological evidence suggests the presence of some form of mirroring system. [63] [64] In humans, brain activity consistent with that of mirror neurons has been found in the premotor cortex, the supplementary motor area, the primary somatosensory cortex and the inferior parietal cortex. [65] The function of the mirror system is a subject of much speculation. Many researchers in cognitive neuroscience and cognitive psychology consider that this system provides the physiological mechanism for the perception/action coupling (see the common coding theory). [62] They argue that mirror neurons may be important for understanding the actions of other people, and for learning new skills by imitation. Some researchers also speculate that mirror systems may simulate observed actions, and thus contribute to theory of mind skills, [66] [67] while others relate mirror neurons to language abilities. [68] However, to date, no widely accepted neural or computational models have been put forward to describe how mirror neuron activity supports cognitive functions such as imitation. [69] There are neuroscientists who caution that the claims being made for the role of mirror neurons are not supported by adequate research. [70] [71]

In vertebrates, landmarks of embryonic neural development include the birth and differentiation of neurons from stem cell precursors, the migration of immature neurons from their birthplaces in the embryo to their final positions, outgrowth of axons from neurons and guidance of the motile growth cone through the embryo towards postsynaptic partners, the generation of synapses between these axons and their postsynaptic partners, and finally the lifelong changes in synapses which are thought to underlie learning and memory. [72]

All bilaterian animals at an early stage of development form a gastrula, which is polarized, with one end called the animal pole and the other the vegetal pole. The gastrula has the shape of a disk with three layers of cells, an inner layer called the endoderm, which gives rise to the lining of most internal organs, a middle layer called the mesoderm, which gives rise to the bones and muscles, and an outer layer called the ectoderm, which gives rise to the skin and nervous system. [73]


İçindəkilər

The nervous system derives its name from nerves, which are cylindrical bundles of fibers that emanate from the brain and central cord, and branch repeatedly to innervate every part of the body. [2] Nerves are large enough to have been recognized by the ancient Egyptians, Greeks, and Romans, [3] but their internal structure was not understood until it became possible to examine them using a microscope. [4] A microscopic examination shows that nerves consist primarily of the axons of neurons, along with a variety of membranes that wrap around them and segregate them into fascicles. The neurons that give rise to nerves do not lie entirely within the nerves themselves—their cell bodies reside within the brain, central cord, or peripheral ganglia. [2]

All animals more advanced than sponges have nervous systems. However, even sponges, unicellular animals, and non-animals such as slime molds have cell-to-cell signalling mechanisms that are precursors to those of neurons. [5] In radially symmetric animals such as the jellyfish and hydra, the nervous system consists of a diffuse network of isolated cells. [6] In bilaterian animals, which make up the great majority of existing species, the nervous system has a common structure that originated early in the Cambrian period, over 500 million years ago. [7]

Hüceyrələr

The nervous system contains two main categories or types of cells: neurons and glial cells.

Neyronlar

The nervous system is defined by the presence of a special type of cell—the neuron (sometimes called “neurone” or “nerve cell”). [2] Neurons can be distinguished from other cells in a number of ways, but their most fundamental property is that they communicate with other cells via synapses, which are membrane-to-membrane junctions containing molecular machinery that allows rapid transmission of signals, either electrical or chemical. [2] Many types of neuron possess an axon, a protoplasmic protrusion that can extend to distant parts of the body and make thousands of synaptic contacts. [8] Axons frequently travel through the body in bundles called nerves.

Even in the nervous system of a single species such as humans, hundreds of different types of neurons exist, with a wide variety of morphologies and functions. [8] These include sensory neurons that transmute physical stimuli such as light and sound into neural signals, and motor neurons that transmute neural signals into activation of muscles or glands however in many species the great majority of neurons receive all of their input from other neurons and send their output to other neurons. [2]

Glial hüceyrələr

Glial cells (named from the Greek for “glue”) are non-neuronal cells that provide support and nutrition, maintain homeostasis, form myelin, and participate in signal transmission in the nervous system. [9] In the human brain, it is estimated that the total number of glia roughly equals the number of neurons, although the proportions vary in different brain areas. [10] Among the most important functions of glial cells are to support neurons and hold them in place to supply nutrients to neurons to insulate neurons electrically to destroy pathogens and remove dead neurons and to provide guidance cues directing the axons of neurons to their targets. [9] A very important type of glial cell (oligodendrocytes in the central nervous system, and Schwann cells in the peripheral nervous system) generates layers of a fatty substance called myelin that wraps around axons and provides electrical insulation which allows them to transmit action potentials much more rapidly and efficiently.

Anatomy in vertebrates

Diagram showing the major divisions of the vertebrate nervous system.

The nervous system of vertebrate animals (including humans) is divided into the central nervous system (CNS) and peripheral nervous system (PNS). [11]

The central nervous system (CNS) is the largest part, and includes the brain and spinal cord. [11] The spinal cavity contains the spinal cord, while the head contains the brain. The CNS is enclosed and protected by meninges, a three-layered system of membranes, including a tough, leathery outer layer called the dura mater. The brain is also protected by the skull, and the spinal cord by the vertebrae.

The peripheral nervous system (PNS) is a collective term for the nervous system structures that do not lie within the CNS. [12] The large majority of the axon bundles called nerves are considered to belong to the PNS, even when the cell bodies of the neurons to which they belong reside within the brain or spinal cord. The PNS is divided into somatic and visceral parts. The somatic part consists of the nerves that innervate the skin, joints, and muscles. The cell bodies of somatic sensory neurons lie in dorsal root ganglia of the spinal cord. The visceral part, also known as the autonomic nervous system, contains neurons that innervate the internal organs, blood vessels, and glands. The autonomic nervous system itself consists of two parts: the sympathetic nervous system and the parasympathetic nervous system. Some authors also include sensory neurons whose cell bodies lie in the periphery (for senses such as hearing) as part of the PNS others, however, omit them. [13]

Horizontal bisection of the head of an adult man, showing skin, skull, and brain with grey matter (brown in this image) and underlying white matter

The vertebrate nervous system can also be divided into areas called grey matter (“gray matter” in American spelling) and white matter. [14] Grey matter (which is only grey in preserved tissue, and is better described as pink or light brown in living tissue) contains a high proportion of cell bodies of neurons. White matter is composed mainly of myelinated axons, and takes its color from the myelin. White matter includes all of the nerves, and much of the interior of the brain and spinal cord. Grey matter is found in clusters of neurons in the brain and spinal cord, and in cortical layers that line their surfaces. There is an anatomical convention that a cluster of neurons in the brain or spinal cord is called a nucleus, whereas a cluster of neurons in the periphery is called a ganglion. [15] There are, however, a few exceptions to this rule, notably including the part of the forebrain called the basal ganglia. [16]

Comparative anatomy and evolution

Neural precursors in sponges

Sponges have no cells connected to each other by synaptic junctions, that is, no neurons, and therefore no nervous system. They do, however, have homologs of many genes that play key roles in synaptic function. Recent studies have shown that sponge cells express a group of proteins that cluster together to form a structure resembling a postsynaptic density (the signal-receiving part of a synapse). [5] However, the function of this structure is currently unclear. Although sponge cells do not show synaptic transmission, they do communicate with each other via calcium waves and other impulses, which mediate some simple actions such as whole-body contraction. [17]

Radiata

Jellyfish, comb jellies, and related animals have diffuse nerve nets rather than a central nervous system. In most jellyfish the nerve net is spread more or less evenly across the body in comb jellies it is concentrated near the mouth. The nerve nets consist of sensory neurons that pick up chemical, tactile, and visual signals, motor neurons that can activate contractions of the body wall, and intermediate neurons that detect patterns of activity in the sensory neurons and send signals to groups of motor neurons as a result. In some cases groups of intermediate neurons are clustered into discrete ganglia. [6]

The development of the nervous system in radiata is relatively unstructured. Unlike bilaterians, radiata only have two primordial cell layers, endoderm and ectoderm. Neurons are generated from a special set of ectodermal precursor cells, which also serve as precursors for every other ectodermal cell type. [18]

İkitərəfli

Nervous system of a bilaterian animal, in the form of a nerve cord with segmental enlargements, and a “brain” at the front

The vast majority of existing animals are bilaterians, meaning animals with left and right sides that are approximate mirror images of each other. All bilateria are thought to have descended from a common wormlike ancestor that appeared in the Cambrian period, 550–600 million years ago. [7] The fundamental bilaterian body form is a tube with a hollow gut cavity running from mouth to anus, and a nerve cord with an enlargement (a “ganglion”) for each body segment, with an especially large ganglion at the front, called the “brain”.

Area of the human body surface innervated by each spinal nerve

Even mammals, including humans, show the segmented bilaterian body plan at the level of the nervous system. The spinal cord contains a series of segmental ganglia, each giving rise to motor and sensory nerves that innervate a portion of the body surface and underlying musculature. On the limbs, the layout of the innervation pattern is complex, but on the trunk it gives rise to a series of narrow bands. The top three segments belong to the brain, giving rise to the forebrain, midbrain, and hindbrain. [19]

Bilaterians can be divided, based on events that occur very early in embryonic development, into two groups (superphyla) called protostomes and deuterostomes. [20] Deuterostomes include vertebrates as well as echinoderms, hemichordates (mainly acorn worms), and Xenoturbellidans. [21] Protostomes, the more diverse group, include arthropods, molluscs, and numerous types of worms. There is a basic difference between the two groups in the placement of the nervous system within the body: protostomes possess a nerve cord on the ventral (usually bottom) side of the body, whereas in deuterostomes the nerve cord is on the dorsal (usually top) side. In fact, numerous aspects of the body are inverted between the two groups, including the expression patterns of several genes that show dorsal-to-ventral gradients. Most anatomists now consider that the bodies of protostomes and deuterostomes are “flipped over” with respect to each other, a hypothesis that was first proposed by Geoffroy Saint-Hilaire for insects in comparison to vertebrates. Thus insects, for example, have nerve cords that run along the ventral midline of the body, while all vertebrates have spinal cords that run along the dorsal midline. [22]

Qurdlar

This section’s factual accuracy is disputed. (May 2010)

Earthworm nervous system. Yuxarı: side view of the front of the worm. Aşağı: nervous system in isolation, viewed from above

Worms are the simplest bilaterian animals, and reveal the basic structure of the bilaterian nervous system in the most straightforward way. As an example, earthworms have dual nerve cords running along the length of the body and merging at the tail and the mouth. These nerve cords are connected by transverse nerves like the rungs of a ladder. These transverse nerves help coordinate the two sides of the animal. Two ganglia at the head end function similar to a simple brain. Photoreceptors on the animal’s eyespots provide sensory information on light and dark. [23]

The nervous system of one very small worm, the roundworm Caenorhabditis elegans, has been mapped out down to the synaptic level. Every neuron and its cellular lineage has been recorded and most, if not all, of the neural connections are known. In this species, the nervous system is sexually dimorphic the nervous systems of the two sexes, males and hermaphrodites, have different numbers of neurons and groups of neurons that perform sex-specific functions. In C. elegans, males have exactly 383 neurons, while hermaphrodites have exactly 302 neurons. [24]

Buğumayaqlılar

Internal anatomy of a spider, showing the nervous system in blue

Arthropods, such as insects and crustaceans, have a nervous system made up of a series of ganglia, connected by a ventral nerve cord made up of two parallel connectives running along the length of the belly. [25] Typically, each body segment has one ganglion on each side, though some ganglia are fused to form the brain and other large ganglia. The head segment contains the brain, also known as the supraesophageal ganglion. In the insect nervous system, the brain is anatomically divided into the protocerebrum, deutocerebrum, and tritocerebrum. Immediately behind the brain is the subesophageal ganglion, which is composed of three pairs of fused ganglia. It controls the mouthparts, the salivary glands and certain muscles. Many arthropods have well-developed sensory organs, including compound eyes for vision and antennae for olfaction and pheromone sensation. The sensory information from these organs is processed by the brain.

In insects, many neurons have cell bodies that are positioned at the edge of the brain and are electrically passive—the cell bodies serve only to provide metabolic support and do not participate in signalling. A protoplasmic fiber runs from the cell body and branches profusely, with some parts transmitting signals and other parts receiving signals. Thus, most parts of the insect brain have passive cell bodies arranged around the periphery, while the neural signal processing takes place in a tangle of protoplasmic fibers called neuropil, in the interior. [26]

“Identified” neurons

A neuron is called müəyyən edilmişdir if it has properties that distinguish it from every other neuron in the same animal—properties such as location, neurotransmitter, gene expression pattern, and connectivity—and if every individual organism belonging to the same species has one and only one neuron with the same set of properties. [27] In vertebrate nervous systems very few neurons are “identified” in this sense—in humans, there are believed to be none—but in simpler nervous systems, some or all neurons may be thus unique. In the roundworm C. elegans, whose nervous system is the most thoroughly described of any animal’s, every neuron in the body is uniquely identifiable, with the same location and the same connections in every individual worm. One notable consequence of this fact is that the form of the C. elegans nervous system is completely specified by the genome, with no experience-dependent plasticity. [24]

The brains of many molluscs and insects also contain substantial numbers of identified neurons. [27] In vertebrates, the best known identified neurons are the gigantic Mauthner cells of fish. [28] Every fish has two Mauthner cells, located in the bottom part of the brainstem, one on the left side and one on the right. Each Mauthner cell has an axon that crosses over, innervating neurons at the same brain level and then travelling down through the spinal cord, making numerous connections as it goes. The synapses generated by a Mauthner cell are so powerful that a single action potential gives rise to a major behavioral response: within milliseconds the fish curves its body into a C-shape, then straightens, thereby propelling itself rapidly forward. Functionally this is a fast escape response, triggered most easily by a strong sound wave or pressure wave impinging on the lateral line organ of the fish. Mauthner cells are not the only identified neurons in fish—there are about 20 more types, including pairs of “Mauthner cell analogs” in each spinal segmental nucleus. Although a Mauthner cell is capable of bringing about an escape response all by itself, in the context of ordinary behavior other types of cells usually contribute to shaping the amplitude and direction of the response.

Mauthner cells have been described as command neurons. A command neuron is a special type of identified neuron, defined as a neuron that is capable of driving a specific behavior all by itself. [29] Such neurons appear most commonly in the fast escape systems of various species—the squid giant axon and squid giant synapse, used for pioneering experiments in neurophysiology because of their enormous size, both participate in the fast escape circuit of the squid. The concept of a command neuron has, however, become controversial, because of studies showing that some neurons that initially appeared to fit the description were really only capable of evoking a response in a limited set of circumstances. [30]


What is Difference Between Gray and White Matter?

difference between gray and white matter is that The nervous system is divided into two parts The central nervous system and the peripheral nervous system. The central nervous system is made up of the brain and spinal cord. The brain, which has organized multilevel neurons and connections of undefined neurons, is completely divided into gray and white matter. Here we will explain what difference there is between gray and white matter.

Gray matter, also known as gray matter, is the part of the brain that is controlled by the bodies of nerve cells and most dendrites (numerous, short, branched filaments that carry impulses to the cell body).

The cell body is the area of ​​the neuron that is characterized by the existence of a nucleus. Gray matter has no myelin blanket.

The actual processing is carried out in gray matter. He was given the name gray because of his appearance. It has a gray color due to the gray nuclei that comprise the cells. It fills 40 percent of the entire brain in humans and consumes 94 percent of oxygen.

Gray matter neurons have no axons that extend, or long, thin projections of neurons, that send electrical signals away from the soma (another name for the cell body of neurons).

Neurons create networks, in which nerve signals travel. From the dendrites to the end of their axons, the signals are reproduced in the neural membrane by means of electrical modes. Neurons do not make body contact with each other when they transmit messages.

Neurotransmitters serve as the means to connect a neuron with another neuron. The senses of the body (speech, hearing, feelings, vision and memory) and the control of the muscles are part of the function of gray matter.

White matter, also known as substance alba, is a neuron that is made up of extension, myelinated nerve fibers, or axons. It composes the structures in the center of the brain, such as the thalamus and the hypothalamus.

It is located between the brainstem and the cerebellum. It is white matter that allows communication to and from gray matter areas, and between gray matter and other parts of the body. It works by transmitting information from different parts of the body to the cerebral cortex. It also controls functions that the body does not know, such as temperature, blood pressure and heart rate.

Dispensing hormones and food control, as well as water intake and emotion exposure, are additional functions of white matter.

The axons are protected by the myelin sheath, which provides isolation from electrical processes, allowing them to make nerve signals faster. Myelin is also responsible for the white appearance of white matter. 60 percent of the brain is composed of white matter.


Encoding and Transmission of Sensory Information

Four aspects of sensory information are encoded by sensory systems: the type of stimulus, the location of the stimulus in the receptive field, the duration of the stimulus, and the relative intensity of the stimulus. Thus, action potentials transmitted over a sensory receptor’s afferent axons encode one type of stimulus, and this segregation of the senses is preserved in other sensory circuits. For example, auditory receptors transmit signals over their own dedicated system, and electrical activity in the axons of the auditory receptors will be interpreted by the brain as an auditory stimulus—a sound.

The intensity of a stimulus is often encoded in the rate of action potentials produced by the sensory receptor. Thus, an intense stimulus will produce a more rapid train of action potentials, and reducing the stimulus will likewise slow the rate of production of action potentials. A second way in which intensity is encoded is by the number of receptors activated. An intense stimulus might initiate action potentials in a large number of adjacent receptors, while a less intense stimulus might stimulate fewer receptors. Integration of sensory information begins as soon as the information is received in the CNS, and the brain will further process incoming signals.


Explain how information passes between neurons in the nervous system

Individual neurons do not physically touch but are connected by synapses. These are small gaps between neurons. Signals or information are passed over the synapse between neurons, which allows information to travel throughout the nervous system.

Signals travel along the axon of a neuron (which we will call neuron A) in the form of an electrical impulse. When they reach the nerve ending of neuron A the electrical impulse causes the release of chemicals, known as neurotransmitters. These chemicals diffuse into the gap between neuron A and its neighbour, neuron B. The neurotransmitters then bind to receptors on the surface of neuron B. This stimulates an electrical impulse in neuron B, allowing the signal to travel on through the nervous system.


Neurons work like wires, transmitting electric signals. When the neuron is resting, an electric charge builds up inside it. If triggered, a nerve impulse rushes to the end of the cell, where a chemical called a neurotransmitter passes the signal to the next neuron across a gap, or synapse.

There are three main types of neurons. Sensory neurons carry incoming signals from sense organs to the central nervous system. Motor neurons carry outgoing signals from the brain to the body, usually to muscle cells. Association neurons form a complex maze of connections in the brain and spinal cord, linking sensory neurons to motor neurons.

MOTOR NEURON

All neurons are similar in structure to a motor neuron. The cell body contains the nucleus that controls the cell. Filaments called dendrites branch out from the cell body and pick up signals from other neurons. The nerve fiber, or axon, takes the signal and passes it on to other neurons, muscles, or glands.


Videoya baxın: أنواع الخلايا العصبية#الجهاز العصبي الجزء الثاني#حادي عشر علمي -المنهاج الفلسطيني الجديد# (Iyul 2022).


Şərhlər:

  1. Idal

    I find you admit the error. Bunu sübut edə bilərəm.

  2. Del

    Blog in reader unambiguously

  3. Mikarr

    Əla, bu dəyərli cavabdır

  4. Gunnar

    Bu məsələni başa düşürəm. Gəlin müzakirə edək.



Mesaj yazmaq