0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое синапс

Пресинаптический нейрон — это нервная клетка, которая инициирует сигнал. Во многих связях в теле эти единицы клетки являются везикулами, заполненными нейротрансмиттерами. Когда пресинаптический нейрон возбуждается потенциалом действия, электрический сигнал распространяется вдоль его аксона к терминалу аксона. Это возбуждение сигнализирует везикулам, заполненных химическими высвобождениями, слиться с мембраной терминала аксона. Это слияние позволяет сместить нейротрансмиттеры в синаптическую щель. Как только нейротрансмиттеры освобождаются, они могут действовать на рецепторы на постсинаптический нейрон.

Постсинаптический нейрон — это клетка, которая получает сигнал. Эти сигналы принимаются дендритами. Когда в синапсе присутствуют нейротрансмиттеры, они перемещаются через щель, чтобы связываться с рецепторами на постсинаптической нервной клетке. Когда нейротрансмиттер связывается с рецептором на дендрите постсинаптического нейрона, он может вызвать потенциал действия. Тогда этот потенциал действия может распространяться и влиять на дальнейшую связь.

Что такое нейронная сеть?

Нейронная сеть — это последовательность нейронов, соединенных между собой синапсами. Структура нейронной сети пришла в мир программирования прямиком из биологии. Благодаря такой структуре, машина обретает способность анализировать и даже запоминать различную информацию. Нейронные сети также способны не только анализировать входящую информацию, но и воспроизводить ее из своей памяти. Заинтересовавшимся обязательно к просмотру 2 видео из TED Talks: Видео 1, Видео 2). Другими словами, нейросеть это машинная интерпретация мозга человека, в котором находятся миллионы нейронов передающих информацию в виде электрических импульсов.

Статья в тему:  20 века этот период. Россия в начале XX века - история России кратко

Классификация синапсов

Существует несколько классификаций связей между нервными клетками. Первый, о котором мы говорили выше, — это разделение на химические, электрические и смешанные синапсы. Синапсы также можно разделить по характеру передаваемого сигнала: возбуждающие и тормозные. Синапсы также можно разделить по их расположению: центральные, расположенные в головном мозге, и периферические, расположенные в периферической нервной системе.

Синапсы также делятся в зависимости от вырабатываемых ими нейротрансмиттеров. Одни вырабатывают норадреналин, другие — ацетилхолин, серотонин, глутамат и другие. Всего существует около шестидесяти типов нейротрансмиттеров, каждый из которых выполняет определенную функцию. Например, норэпинефрин является стимулятором, активирует все системы организма и вызывает чувство ярости. Дофамин — это гормон счастья, который обеспечивает организму состояние блаженства, порождая положительные эмоции; он также отвечает за когнитивные процессы. Как избыток, так и недостаток нейротрансмиттеров приводит к различным нарушениям в нервной системе и во всем организме. Например, дефицит дофамина вызывает депрессию, потерю энергии и приводит к слабоумию. Избыток глутамата может привести к гибели нервных клеток.

Структура и функционирование биологической нервной системы позволили ученым создать ее искусственный эквивалент. В искусственной нейронной сети связи между отдельными «нейронами» также называются синапсами, и в них есть как «дендриты», так и «аксоны». Искусственные нейронные сети могут даже моделировать отдельные типы сигналов — так, существуют возбуждающие и тормозящие сигналы. Конечно, искусственная нейронная сеть — это упрощенная модель реальной, биологической сети, но по мере развития технологий модель становится все более и более детальной. В 2015 году, например, исследователи из Швеции создали один из самых совершенных на сегодняшний день аналогов искусственного нейрона. Устройство было создано на основе органической биоэлектроники. Такой искусственный нейрон наиболее полно повторяет работу естественной нервной клетки и даже может общаться с другими нейронами.

Статья в тему:  100 лет пролежал на земле царь колокол. Всю ли правду мы знаем о Царь-колоколе? Великий колокол до сих пор находится в том же месте под слоем ила, но все попытки поднять его на поверхность пока не увенчались успехом

Что они делают?

Было установлено, что синапсы важны в нейронной коммуникации, но что они делают на самом деле? Как они действительно позволяют общаться с нейронами, и кто начинает разговор? При представлении роли пресинаптического нейрона выше были упомянуты возбудительные свойства импульса.

Такой импульс позволяет передавать электрические сигналы по аксону, а затем сигнал может передаваться другим. Как указывалось выше, вводя роль пресинаптического нейрона, нейротрансмиттеры высвобождаются в синапс, чтобы сигнал передавался по цепочке дальше. Затем химическое высвобождение принимается постсинаптическим нейроном, а затем преобразуется обратно в электрический сигнал для достижения других. Хотя не все синапсы функционируют на высвобождении нейротрансмиттеров. Многие синапсы в мозге являются чисто электрическими.

Чем один вид отличается от другого. Как работает синапс

Синaпс – специализированный контакт между нервными клетками (или нервными и другими возбудимыми клетками), обеспечивающий передачу возбуждения с сохранением его информационной значимости. С помощью синапсов нервные клетки объединяются в нервные сети, которые осуществляют обработку информации. Взаимосвязь между нервной системой и периферическими органами и тканями также осуществляется при помощи синапсов.

Классификация синапсов

По морфологическому принципу синапсы подразделяют на:

• нейро-мышечные (аксон нейрона контактирует с мышечной клеткой);

• нейро-секреторные (аксон нейрона контактирует с секреторной клеткой);

• нейро-нейрональные (аксон нейрона контактирует с другим нейроном):

• аксо-соматические (с телом другого нейрона),
• аксо-аксональные (с аксоном другого нейрона),
• аксо-дендритические (с дендритом другого нейрон).

По способу передачи возбуждения синапсы подразделяют на:

Статья в тему:  Что люди откладывают на потом. Подумайте о мотивации. Есть ли надежда

• электрические (возбуждение передается при помощи электрического тока);

• химические (возбуждение передается при помощи химического вещества):

• адренергические (возбуждение передается при помощи норадреналина),
• холинергические (возбуждение передается при помощи ацетилхолина),
• пептидергические, NO -ергические, пуринергические и т. п.

По физиологическому эффекту синапсы подразделяют на:

• возбуждающие (деполяризуют постсинаптическую мембрану и вызывают возбуждение постсинаптической клетки);

• тормозные (гиперполяризуют постсинаптическую мембрану и вызывают торможение постсинаптической клетки).

Ультраструктура синапсов

Все синапсы имеют общий план строения (рис. 1).

Конечная часть аксона (синаптическое окончание), подходя к иннервируемой клетке, теряет миелиновую оболочку и образует на конце небольшое утолщение (синаптическую бляшку). Ту часть мембраны аксона, которая контактирует с иннервируемой клеткой, называют пресинаптической мембраной. Синаптическая щель – узкое пространство между пресинаптической мембраной и мембраной иннервируемой клетки, которое является непосредственным продолжением межклеточного пространства. Постсинаптическая мембрана – участок мембраны иннервируемой клетки, контактирующий с пресинаптической мембраной через синаптическую щель.

Рис. 1. Ультраструктура химического и электрического синапса.

Особенности ультраструктуры электрического синапса (см. рис. 1):

• узкая (около 5 нм) синаптическая щель;
• наличие поперечных канальцев, соединяющих пресинаптическую и постсинаптическую мембрану.

Особенности ультраструктуры химического синапса (см. рис. 1):

• широкая (20–50 нм) синаптическая щель;
• наличие в синаптической бляшке синаптических пузырьков (везикул), заполненных химическим веществом, при помощи которого передается возбуждение;
• в постсинаптической мембране имеются многочисленные хемочувствительные каналы (в возбуждающем синапсе – для Nа+ , в тормозном – для Cl – и К +), но отсутствуют потенциалчувствительные каналы.

Статья в тему:  Болит кожа после уколов. После уколов болит ягодица: что делать. Болят уколы что делать, общие понятия

Механизм передачи возбуждения в электрическом синапсе

Механизм проведения возбуждения аналогичен механизму проведения возбуждения в нервном волокне. Во время развития ПД происходит реверсия заряда пресинаптической мембраны. Электрический ток, возникающий между пресинаптической и постсинаптической мембраной, раздражает постсинаптическую мембрану и вызывает генерацию в ней ПД (рис. 2).

Рис. 2. Передача возбуждения в электрическом синапсе.

Этапы и механизмы передачи возбуждения
в возбуждающем химическом синапсе

Передача возбуждения в химическом синапсе – сложный физиологический процесс, протекающий в несколько этапов. На пресинаптической мембране осуществляется трансформация электрического сигнала в химический, который на постсинаптической мембране снова трансформируется в электрический сигнал.

Синтез медиатора

Медиатором (посредником) называют химическое вещество, которое обеспечивает одностороннюю передачу возбуждения в химическом синапсе. Некоторые медиаторы (например, ацетилхолин) синтезируются в цитоплазме синаптического окончания, и там же молекулы медиатора депонируются в синаптических пузырьках. Ферменты, необходимые для синтеза медиатора, образуются в теле нейрона и доставляются в синаптическое окончание путем медленного (1–3 мм/сут) аксонного транспорта. Другие медиаторы (пептиды и др.) синтезируются и упаковываются в везикулы в теле нейрона, готовые синаптические пузырьки доставляются в синаптичекую бляшку за счет быстрого (400 мм/сут) аксонного транспорта. Синтез медиатора и образование синаптических пузырьков осуществляется непрерывно.

Секреция медиатора

Содержимое синаптических пузырьков может выбрасываться в синаптическую щель путем экзоцитоза. При опорожнении одного синаптического пузырька в синаптичекую щель выбрасывается порция (квант) медиатора, которая включает около 10000 молекул.

Статья в тему:  Чему равен диаметр ядра атома. Школьная энциклопедия

Для активации экзоцитоза необходимы ионы Са++ . В состоянии покоя уровень Са++ в синаптическом окончании низок и выделения медиатора практически не происходит. Приход в синаптическое окончание возбуждения приводит к деполяризации пресинаптической мембраны и открытию потенциалчувствительных Са++ -каналов. Ионы Са++ поступают в цитоплазму синаптического окончания (рис. 3, А,Б) и активируют опорожнение синаптических пузырьков в синаптическую щель (рис. 3, В).


Рис. 3. Передача сигнала в возбуждающем химическом синапсе. А — Д – последовательность процессов при срабатывании химического синапса; Е – деполяризация постсинаптической мембраны (ВПСП).

1 – пресинаптическая мембрана, 2 – синаптическая щель, 3 – постсинаптическая мембрана

Взаимодействие медиатора с рецепторами постсинаптической мембраны

Молекулы медиатора диффундируют через синаптическую щель и достигают постсинаптической мембраны, где связываются с рецепторами хемочувствительных Na+ -каналов (рис. 3, Г). Присоединение медиатора к рецептору приводит к открытию Na+ -каналов, через которые в клетку входят ионы Na+ (рис. 3, Д). В результате входа в клетку положительно заряженных ионов происходит локальная деполяризация постсинаптической мембраны, которую называют возбуждающий постсинаптический потенциал (ВПСП) (рис. 3, Е).

Инактивация медиатора

Ферменты, находящиеся в синаптической щели, разрушают молекулы медиатора. В результате происходит закрытие Na+ -каналов и восстановление МП постсинаптической клетки. Некоторые медиаторы (например, адреналин) не разрушаются ферментами, а удаляются из синаптической щели путем быстрого обратного всасывания (пиноцитоза) в синаптическое окончание.

Генерация ПД

В нейро-мышечном синапсе амплитуда единичного ВПСП достаточно велика. Поэтому для генерации ПД в мышечной клетке достаточно прихода одного нервного импульса. Генерация ПД в мышечной клетке происходит в области, окружающей постсинаптическую мембрану.

Статья в тему:  Авария на аэс фукусима i в японии. Авария на Фукусиме. Экологическая проблема

В нейро-нейрональном синапсе амплитуда ВПСП значительно меньше и недостаточна для того, чтобы деполяризовать мембрану нейрона до КУД. Поэтому для генерации ПД в нервной клетке требуется возникновение нескольких ВПСП. ВПСП, образовавшиеся в результате срабатывания разных синапсов, электротонически распространяются по мембране клетки, суммируются и генерируют образование ПД в области аксонного холмика. Мембрана нейрона в области аксонного холмика обладает низким электрическим сопротивлением и имеет большое количество потенциалчувствительных Na+ -каналов.

Особенности работы тормозного химического синапса

В тормозном химическом синапсе молекулы медиатора, взаимодействуя с рецепторами постсинаптической мембраны, вызывают открытие К+ — и Cl – -хемочувствительных каналов. Вход в клетку Cl– и дополнительная утечка из клетки К+ приводят к гиперполяризации постсинаптической мембраны, которую называют тормозным постсинаптическим потенциалом (ТПСП) . Возникшая гиперполяризация, во-первых, снижает возбудимость клетки. Во-вторых, ТПСП может нейтрализовать возникший в другом месте клетки ВПСП.

Свойства синапсов

Сравнительная характеристика свойств электрических и химических синапсов приведена в табл. 1.

Одностороннее проведение возбуждения в химическом синапсе связано с его функциональной асимметрией: молекулы медиатора выделяются только на пресинаптической мембране, а рецепторы медиатора расположены только на постсинаптической мембране.

Высокая утомляемость химического синапса объясняется истощением запасов медиатора. Утомляемость электрического синапса соответствует утомляемости нервного волокна.

Низкая лабильность химического синапса определяется главным образом периодом рефрактерности хемочувствительных каналов на постсинаптической мембране.

Синаптическая задержка – время от момента возникновения возбуждения в пресинаптической мембране до момента возникновения возбуждения в постсинаптической мембране. Относительно длительное время синаптической задержки в химическом синапсе (0,2–0,7 мс) затрачивается на вход Са++ в синаптическое окончание, экзоцитоз, диффузию медиатора.

Статья в тему:  Бензол в промышленности в больших количествах получают. Бензол и его негативное влияние на организм. Получение и производство

Чувствительность синапса к внешним воздействиям определяется характером процессов, протекающих в синапсе при передаче возбуждения. Химические синапсы чувствительны к действию химических веществ, влияющих на синтез и секрецию медиатора, взаимодействие медиатора с рецептором.

Таблица 1.Свойства электрических и химических синапсов

Механизм функционирования химического синапса

При деполяризации пресинаптической терминали открываются потенциал-чувствительные кальциевые каналы, ионы кальция входят в пресинаптическую терминаль и запускают механизм слияния синаптических пузырьков с мембраной. В результате медиатор выходит в синаптическую щель и присоединяется к белкам-рецепторам постсинаптической мембраны, которые делятся на метаботропные и ионотропные. Первые связаны с G-белком и запускают каскад реакций внутриклеточной передачи сигнала. Вторые связаны с ионными каналами, которые открываются при связывании с ними нейромедиатора, что приводит к изменению мембранного потенциала. Медиатор действует в течение очень короткого времени, после чего разрушается специфическим ферментом. Например, в холинэргических синапсах фермент, разрушающий медиатор в синаптической щели — ацетилхолинэстераза. Одновременно часть медиатора может перемещаться с помощью белков-переносчиков через постсинаптическую мембрану (прямой захват) и в обратном направлении через пресинаптическую мембрану (обратный захват). В ряде случаев медиатор также поглощается соседними клетками нейроглии.

Открыты два механизма высвобождения: с полным слиянием везикулы с плазмалеммой и так называемый «поцеловал и убежал» (англ. kiss-and-run ), когда везикула соединяется с мембраной, и из неё в синаптическую щель выходят небольшие молекулы, а крупные остаются в везикуле. Второй механизм, предположительно, быстрее первого, с помощью него происходит синаптическая передача при высоком содержании ионов кальция в синаптической бляшке.

Статья в тему:  Александр невский основное. Князь александр невский

Следствием такой структуры синапса является одностороннее проведение нервного импульса. Существует так называемая синаптическая задержка — время, нужное для передачи нервного импульса. Её длительность составляет около — 0,5 мс .

Так называемый «принцип Дейла» (один нейрон — один медиатор) признан ошибочным. Или, как иногда считают, он уточнён: из одного окончания клетки может выделяться не один, а несколько медиаторов, причём их набор постоянен для данной клетки.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector