Стенфордський університет Як ви вже могли здогадатися, я не професор Сапольський. Борода, ну і все таке. Мене звати Нейтан, я магістр та вчуся на четвертому курсі аспірантури з нейробіології. Сьогодні я проведу вступну лекцію та трохи розповім про те, як працює наш мозок. Перед тим, як ми почнемо, я хотів би дізнатися, хто тут є у нас з присутніх.
Чи спеціалізується хтось на загальній біології чи біології людини? Немало. Так, а скільки з інших наук чи інженерії? Декілька, чудово.
А як щодо соціальних наук? Гуманітарні? Добре. Гаразд, всіх по троху. Отже, для декого з вас це буде повторенням, і я все ж сподіваюсь, що ви зможете дізнатися щось нове.
Інші почують усі терміни вперше. Я хочу надати вам загальні поняття, аби ви краще зрозуміли, про що професор Запольський розповідатиме на майбутніх лекціях з нейробіології. Гаразд. На самому початку нашого курсу ми звернулися до одвічного питання.
Чому курка перетнула дорогу? Так, це курка. Я не вчуся на художника, тож ми поставили за мету знайти пояснення, чому вона це зробила. Протягом першої половини курсу ми фактично обговорювали те, як різні дисципліни розглядають це питання.
Усе почалося з еволюції, що цікавилося тим, як ця поведінка перетинання дороги розвивалася впродовж багатьох мільйонів років, як адаптувалося, чому курки, що перетинали дорогу, мали більше потомства, тощо. Один старий чоловік вирішив до Галапагоських островів, щоб побачити, як курки з різних островів перетинали дорогу, Та як саме вони робили це протягом мільйонів років? Наступного тижня ми перейшли до молекулярної генетики, розглядали гени, що регулюють хід цієї еволюції.
Також ми послухали різні думки стосовно зміни геному з плином часу. Дізналися про жінку, яка працювала серед кукурудзяних полів та відкрила стрибаючі гени, які творять еволюцію. Потім ми поринули у генетику поведінки.
Цікавилися, як окремі гени відповідають за різні способи, якими курка може перетнути дорогу. Деякі можуть зробити це швидко, інші повільніше, а деякі навіть не зрушаться. Отже, як варіативність у структурі геному відповідає за дії різних курок. Це генетика поведінки.
У понеділок була лекція про етологію. яка фактично вивчає цю поведінку в природі. Поговорили про комплекс фіксованих дій, про дідусів у сапогах, які досліджують ці моделі поведінки у дикій природі.
Говорили про стимул, що змушує курку виконувати цю дію, як це відбувається. Знову ж таки, розглядаючи це все у контексті природи. Це була етологія.
Тож сьогодні ми перейдемо до нової галузі. нейробіології. Вона зосереджується безпосередньо на цій чорній коробочці, про яку ми говорили у понеділок. До неї надходить певний стимул, що змушує курку перетинати дорогу. Нейробіологія розглядає саме це.
Що відбувається у мозку курки за декілька секунд до того, як це вона зробила? Чому за цю дію відповідають саме певні клітини? Цими питаннями і займається нейробіологія.
Сьогодні ми отримаємо загальне уявлення про мозок і нервову систему та з яких частин вона складається. Необов'язково вчити їх на пам'ять, це лише для того, щоб ви усвідомлювали, за яку поведінку відповідає та чи інша ділянка мозку. А також ми сьогодні детально розглянемо деякі клітини мозку та зв'язки між ними.
Знову ж таки, не для того, аби завчити їх, а щоб на наступних лекціях мати розуміння, про що йде мова. Маленький нюанс перед початком. Як нейробіолог, я вважаю, що це найкраща дисципліна з усіх.
Ви побачите, що я додав вираз Томаса Едісона «Найважливіша функція тіла усюди носити мозок». Це доволі мозкоцентричне сприйняття, і така думка стосовно нейробіології є доволі популярною. Звісно, нейробіологія має свої обмеження.
Просто хочу зазначити це на початку. Вона дуже сильно зосереджується на мозку. На тому, як різні частини впливають на поведінку, забуваючи про інші значні еволюційні чинники і тому подібне. Ось такі обмеження.
Але все одно я вважаю цю галузь крутою. Саме тому сьогодні я буду розповідати саме про неї. Тож, давайте розпочнемо.
Це ваш мозок. У вас є мозок. Насправді, це мій мозок. Колись у коледжі я брав участь у досліді з психіатрії. Мав змогу побачити зображення на сканері.
Потім мені дали роздрухівку. Я гадаю, що ця річ цілком дивовижна. Мозок полюбляють за те, що він починає працювати і не зупиняється. Хіба що, як-от у наступному виразі, не зупиняється, аж поки вам не доведеться виступати перед публікою. Тож протягом лекції можуть бути незрозумілі речі.
Якщо мені не вдається вдало про них розповісти, ось тут моя електронна пошта. Вона також є у матеріалах до лекції і на початку презентації. Обов'язково пишіть мені, якщо виникнуть питання, або можете підійти після заняття.
Перші 45 хвилин я би хотів приділити мозку та нервовій системі, а потім прийде Ентоні та трохи розповість про те, як нейрони зв'язуються один з одним. Отже, давайте подумаємо про мозок та нервову систему. Якщо наводити дійсно широке поняття, то нервова система поділяється на два загальні типи центральна та периферична.
Почнемо з центральної нервової системи, саме про них люди згадують найчастіше, коли чують про нейробіологію. Мова йде про головний та спинний мозок. Головний знаходиться у голові, спинний простягається донизу, зв'язуючи усе з головним мозком.
Ось це і є центральна нервова система. Я розповім про деякі окремі частини, аби дати вам розуміння, чим вони являються та яка їх функція. Знову ж таки, не хвилюйтеся, вчити це не обов'язково. Це просто перше ознайомлення.
Отже, якщо ми подивимося на мозок уважніше, то побачимо різні його ділянки, які вчені нейробіологи поділили для нас. Якщо розпочинати дивитися знизу, там у вас є стовбор мозку. Він знаходиться знизу головного та зверху спинного мозку.
Це той елемент, що передає інформацію між цими двома частинами. Ось тут головний мозок займається обробкою. Нижче спинний мозок розсилає усі сигнали, щоб ви могли рухатися або розносити сенсорну інформацію. Стовбор мозку знаходиться посередині та допомагає регулювати те, що проходить через нього.
Потім у нас є мозочок, що знаходиться позаду. Це доволі важлива частина мозку. Вона дуже зморшкувата, в ній багато різних клітин. Вона допомагає вам рухатись, а також вона корисна, коли вам доводиться вчити щось нове. Наприклад, коли вам вперше доводиться сісти за піаніно, або пограти у баскетбол, ви робите помилки.
А мозочок допомагає їх виправити. Коли намагаєтесь закинути м'яч, але потрапляєте лівіше, тоді ви думаєте, так, наступного разу мені треба взяти праворуч. Ось і для цього потрібен мозочок. Коли я викладав учнів середньої чи старшої школи, я проводжу один цікавий експеримент зі спеціальними окулярами з призмами. Коли надягаєш їх, зір трохи пошкоджується в одну чи іншу сторону.
Припустимо, я надягнув окуляри та дивлюсь на цей маркер. Це виглядатиме так, ніби він знаходиться осторонь. Тож я проводжу це з дітьми, вони дивляться на маркер, і я кажу їм швидко доторкнутися до нього. Вони бачать, що він знаходиться ось тут, тож починають стягнутися у цей бік. З часом їх рухи починають виправлятися.
Тож, незважаючи на те, що їх погляд спрямований сюди, аби дістатися маркера, Вони починають брати трохи ліворуч. Цей процес відбувається саме в мозочку. Потім відбувається цікава річ.
Діти знімають ці окуляри, і оскільки мозочок скоригував їх рухи лівіше, ніж їм показує зір, вони дивляться на цей маркер знову та не можуть до нього доторкнутися. Знову ж таки, вони повторюють рухи протягом якогось часу, і зрештою їм це вдається. Тож мозочок є справді дивовижною частиною мозку.
Далі вища стовбура. Та мозочка знаходиться такий зморшкуватий зовнішній шар, він називається корою. Кора має відношення до чотирьох різних часток мозку.
Це доволі велика тема для нашої лекції. Різні частини мозку виконують різні функції. У нас є лобна частка.
Як ви її здогадуєтесь, вона знаходиться попереду. Вона відповідає за планування дій та рух. Це та ділянка, що посилатиме багато сигналів вниз, уздовж спинного мозку, для того, аби ви могли поворушити руками, ногами та іншими частинами тіла.
Усе це відбувається завдяки нейронами, що знаходяться у спинному, тобто у лобній частці. Знову ж таки, це дуже велика тема. Різні частки відповідатимуть за різні функції.
Певні ділянки лобної частки цієї кори відповідатимуть за рух тієї чи іншої частини тіла. Тобто, певна частина лобної кори керуватиме обома руками та ногами. Це все знаходиться у відповідній ділянці кори.
Там усе розташовано цілком логічно, як і частини тіла. Наприклад, якщо ось ця ділянка відповідатиме за ногу, то ця за коліно, далі тулуп, руки і зверху ділянки, що керуватимуть виразом вашого обличчя. Усе організовано залежно від функції. Це одна з речей, що відбувається у лобній частці.
Далі знаходиться тім'яна частка. Одразу за ділянкою лобної частки, що контролює рух, знаходиться та ділянка тім'яної частки, що відповідає за сенсорну тактильну інформацію, що надходить ззовні. Знову ж таки, форма зумовлена функцією.
Тож, різні ділянки тім'яної частки відповідають за різні частини тіла, різносенсорну інформацію. І справа не лише у частинах, а ще й у розмірах кори. Увізьмемо кінчики пальців.
Вони дуже чутливі. Мають безліч нервових закінчень, з них надходить багато інформації. Кінчики пальців пов'язані з великою ділянкою кори у тім'яній частці.
Знову ж таки, різні частини, різні функції, різні розміри. Знизу від тім'яної частки знаходиться скорнева. Окрім інших функцій, вона сприймає слухову інформацію.
Вона надходить саме у цю ділянку кори. А також пізніше ви дізнаєтесь, що глибоко всередині цієї частки знаходяться елементи мозку, які допомагають запам'ятовувати речі. Тож скорнева частка отримує слухову інформацію і завдяки одній важливій частині формує спогади. І нарешті позаду знаходиться потилична частка.
Вона відповідає за сприйняття візуальної інформації. Вона надходить в очі, прямує вглиб аж до потиличної частки і там оброблюється. Отже, різні частини мозку виконують різні речі, і це лише загальний огляд того, що там відбувається.
Далі розповім про деякі конкретні частини мозку, з якими ви будете часто стикатися на майбутніх заняттях. Зараз у нас лише вступна лекція, але я сподіваюсь, що коли ви почуєте про них наступного разу, ви подумаєте, так, я це пам'ятаю. Отже, лімбічна система.
Ми будемо говорити про неї знову і знову. Це набір структур, що знаходиться під корою, але над стовбором мозку. Загалом лімбічна система відповідає за безліч речей, що пов'язані з емоціями, навчанням, пам'яттю, з поведінкою у тварин.
Тут нас цікавить і саме гіппокамп та Мехдалена. Гіппокамп у нас тут зображений синім кольором. Взагалі-то сам по собі гіппокамп це морський іконик. Скоріше за все, фахівці в області нейроанатомії дивились на нього та думали, що він виглядає як морський іконик.
Я так не вважаю, але, можливо, вам теж так здається. Ця частина мозку дуже важлива для пам'яті та утворення спогадів. Вчені дізналися про неї вперше доволі випадково.
Вони зрозуміли, що гіпокамп це місце, де утворюються спогади. Але це сталося не шляхом експериментів, як буває зазвичай. Був такий пацієнт, один з найвідоміших з усіх у галузі нейробіології.
Його звали H.M. З міркувань конфіденційності він був відомий як H.M. аж поки не помер. У нього були важкі припадки, жахлива неконтрольована епілепсія. Через все це він був дуже послабленим.
Коли він був молодим, люди використовували різноманітні методи, аби приборкати ці припадки. Зрештою, вчені фактично дізналися, де вони починалися, та спробували хірургічно видалити цю частину мозку. З'ясувалось, що до цієї частини входив гіпокамп. Тож вони прибрали його з двох боків мозку.
Після операції пацієнт H.M. більше не мав припадків, просто чудово. Але потім з'ясувалось, що в нього більше не утворювалось нових спогадів. Коли після операції медсестри кожного дня заходили провідати його, Він не мов бачив їх уперше. Він не міг їх запам'ятати.
Але, що цікаво, коли у нього спитали про дитинство, він усе добре пам'ятав. Він навіть пам'ятав, хто тоді був президентом Америки. Отже, спогади зберігалися десь у іншій частині мозку, але за утворення нових відповідав саме гіпокамп.
Ось таким чином вони випадково і дізналися, що гіпокамп це частина мозку, відповідальна за утворення нових спогадів. Інша важлива частина, про яку ви будете багато чути, це Мегдалена. Тут ці дві горохоподібні частинки зображені жовтим кольором та знаходяться попереду гіппокампа.
Як ви вже знаєте, вони відповідають за страх та тривогу. Можливо, ви пам'ятаєте приклад, який професор Сапольський наводив у понеділок. Він порівнював холодний під та під після тренування, розповідав, що різний під викликатиме різну реакцію у того, хто його відчує. Якщо зазирнути у мозок особи, яка зачуяла холодний під, можна побачити, як активізується мигдалена.
І з потом після тренування такої реакції не відбувається. Тож, мигдалена відповідальна за відчуття страху, а також за розвиток тривоги. Коли ви бачите розлючене або налякане обличчя, мигдалена активізується.
Але цього не відбувається з радісним обличчям. Ось що таке мигдалена. У майбутньому ви дізнаєтесь про неї більше. Дуже важлива частина мозку, яка стосується страху та тривоги. Є також такі частини, як гіпоталамус та гіпофіс.
Це фактично центральна гормональна система. Ці частини керуються виділенням гормонів по усьому тілу, а також відповідають за різні поведінки. Гіпоталамус знаходиться посередині мозку знизу, а ще нижче гіпофіс виділяє безліч гормонів у кровообіг.
Існує такий відомий жарт. Гіпоталамуси відповідає за 4Б. Бей, біжи, наповнюй бендюг, а також бажання розмножуватися.
Ось такі у гіпоталамуси 4Б. Ну, ви зрозуміли. Тож згодом ви дізнаєтесь про це більше.
Поки що достатньо запам'ятати, що ці частини знаходяться знизу та відповідають за деякі поведінки. З чого ще складається нервова система. У нас є усі ці різні ділянки мозку, а також у нас є спинний мозок, який простягається донизу від головного.
Він теж має свої особливі функції. Його частини розносять та отримують інформацію. Там є рухові нерви, сенсорні нерви. Усе це у різних частинах спинного мозку. Звісно, певні частини відповідатимуть за руки та ноги.
Загалом це все, що вам потрібно зараз знати про спинний мозок. Протягом наступних лекцій ви також дізнаєтеся багато цікавого про периферичну нервову систему. Вона включає усі ці рухові та сенсорні нерви, що не увійшли до спинного мозку.
Усі периферійні відчуття, як то... дотик чи тепло відносяться саме до периферичної нервової системи. Є також інша частина цієї нервової системи, що функціонує самостійно. Вам навіть не потрібно про це думати.
До неї відносяться нерви, що відповідають за серце биття, травлення, дихання. Зазвичай вони просто працюють непомітно. Про все це вам розповість Данна.
Отже, це тільки загальний огляд різних частин нервової системи та їх функцій. Тож, тепер ми більше детально розглянемо, що саме знаходиться всередині мозку, які там клітини, що вони роблять, як впливають на нашу поведінку. Знову ж таки, це не список для запам'ятовування.
Це лише для того, щоб ви знали, що там є певні клітини з різними функціями. Спершу я розповім вам про те, що дізнався в інтернеті, поки готувався до цієї лекції. Виявляється, у Семи Штатах заборонено викладати вступ до нейробіології, не згадавши ім'я Сантьяго, Рамон і Кахаль.
Тож, у чому полягає легендарність цієї особи? Що саме він зробив? Пік наукової кар'єри Сент-Ягорамон і Кахаля припав на кінець 19-го століття, саме на 90-ті роки.
Тоді загальноприйнятним стосовно роботи мозку було те, що це не окремі клітини виконували свої функції. Мозок фактично вважався зв'язною кашеподібною мережею, яка виконувала усі необхідні обчислення, таким чином зумовлюючи вашу поведінку. Усі знали, що поведінка починалась та керувалась саме там, у мозку. Але ніхто не здогадувався, що це було завдяки тому, що всередині.
Тож популярною була думка про цю мережу. І замість того, аби прийняти це, Рамон і Кахаль вирішив шляхом експериментів перевірити це власноруч. Він дізнався про чудову методику, яку винайшов інший хлопець на ім'я Гольджі.
Вона дозволяла брати маленькі шматочки мозку та робити один відсоток з них чорного кольору. Ми й досі не розуміємо, як це працює, але він цим користувався. А потім він намалював ці дуже деталізовані зображення, що виглядали як під мікроскопом.
Вони просто дивовижні. Є навіть такий тип людей, яких вони розчулюються дослідсно стільки, що ці падаються на коліна та моляться богам нейробіології. Насправді це випускники з факультету. Отже, ці клітини та зображення, які він намалював, показали, що саме окремі клітини мозку виконують цю роботу.
Це не безлад і не повноцінна мережа, а окремі клітини. Тож він дивовижно змалював нейрони та інші клітини мозку. У мене є подруга, яка вивчає усе це. У мозку є не лише нейрони, тобто не тільки обчислювальні клітини.
Я пообіцяв їй, що коли мені доведеться проводити вступну лекцію, я обов'язково згадаю про них. Саме це я зараз і зроблю. Отже, 90 клітин у головному і спинному мозку насправді не є нейронами. Вони називаються глії.
За визначенням глії це будуть, що у центральній нервовій системі, що не є нейронами. Саме по собі це слово означає клей, оскільки вчені бачили, що ці клітини зв'язували нейрони разом як клей. Виявляється, це далеко не єдина їх функція.
Існують клітини під назвою астроцити. Вони схожі на зірки. Загалом вони поставляють нейронам поживні речовини і регулюють їх дію.
Є також олігодентроцити або клітини Швана. Знову таки, довгі назви запам'ятовувати не обов'язково. Вони обхоплюють нейрони навколо та змушують їх працювати швидше.
Далі у нас мікроглії. Ще один подібний тип клітин мозку. Вони фактично є його імунною системою. Мікроглії рухаються довкола, надсилають маленькі повідомлення до різних частин мозку, аби дізнатися, чи уражений він інфекціями чи бактеріями, або чи є які-небудь мертві клітини, від яких треба позбутися.
Цим вони й займаються. Тож 90% мозку фактично складають усі ці клітини. Але роблять вони це для того, аби забезпечити роботу нейронів.
Саме про нейрони ми і поговоримо впродовж наступних 10-15 хвилин приблизно. Це складні, але дивовижні обчислювальні компоненти мозку. В середньому мозок людини налічує приблизно 100 мільярдів нейронів, а кожен з них має до 10 тисяч зв'язків з іншими нейронами. Ці зв'язки називають синапсами.
Грубо кажучи, у вас десь квадрильйон зв'язків між нейронами. Аби ви могли це усвідомити, чумацький шлях наша галактика. Наліччі 300 мільярдів зірок. Отже, ми маємо квадрильйон синапсів, що у понад тисячу разів більше, ніж зірок у галактиці. А всі вони укомплектовані у мозку і виконують обчислювальну роботу.
Отже, як саме це працює? Тож, зараз я спробую переключити. Чудово.
Зараз ми поговоримо про нейрони, які у нього частини, що вони роблять, як пов'язуються тощо. Перед вами жахливе зображення нейрона. Але цього буде достатньо, аби зрозуміти, що воно таке і для чого потрібно.
Маємо різні частини. Ось тут дентрити. Вони завантажують інформацію у нейрон. Вона надходить з попередньої клітини та передається до наступної.
Ось це сома, або тіло клітини нейрона. Що важливо, Тут є ядро, як і у будь-якої іншої клітини, що має ДНК. А також є ще одна важлива частина ось тут. Тож до дентеритів надходить певна інформація з попередньої клітини, а потім йде всередину. І якимось чином приймається рішення передавати цю інформацію до наступної клітини чи ні.
Це відбувається ось тут. У частиною під назвою аксонний горбик. Це як пагорб, але не дуже високий.
Ось так. А тут у нас є аксон. Це фактично деріта, що проводить інформацію до наступної клітини. А це називається терміналом. Тут і відбувається передача інформації до наступного нейрона.
Ось такі загальні елементи нейрона, що відповідають за зв'язок. Інформація надходитиме до дентеритів, потім до клітини нейрона, і аж до аксонного горбика, де буде зібрана докупи. Після цього клітина вирішить, чи надсилати її далі до термінала. Тож, це був простий огляд нейрона та його частини. Але як саме це відбувається?
Як посилається сигнал? Це дасть вам загальне розуміння, як нейрон робить це. Виявімо, що він знаходиться всередині мозку, де відбувається багато електричної активності, тощо.
Якщо його сигнал має прорватися крізь усей цей галос, нейрон вирішує цю проблему наступним чином. Він або активний, або неактивний. Це не та система, де у нас континіум, у якому клітина трошки активізована, потім більше, ще більше, тощо.
Усе не так, оскільки у такому випадку не вдалося б прорватися крізь таку шалену активність. Насправді клітина або працює, або ні. Зазвичай нейрон неактивний, аж поки не настане момент надсилати сигнал. Таким чином, нейрон зберігає тишу.
Коли ми розглядаємо це з точки зору біології, ми кажемо, що нейрон зберігає потенціал спокою, низький рівень активності. Як йому це вдається? Нейрони взаємодіють та надсилають електричні сигнали шляхом руху хімічних елементів, іонів.
Для тих, хто не зовсім в темі, це заряджені хімічні елементи. Сьогодні ми розглянемо звичайні іони, які фактично є зарядженими атомами, а отже мають позитивний або негативний заряд. Звернемо увагу здебільше на позитивно заряджені іони.
Отже, як це відбувається? Іони викачуються з клітини за допомогою таких помп. Нейрон викачує позитивні заряди у міжклітинний простір, тобто вони здебільшого знаходяться поза клітиною.
Тож нейрон має мовчати. Це зумовлено позитивно зарядженими іонами, що знаходяться ззовні. Усі вони знаходяться поза нейроном. Таким чином, він зберігає тишу, оскільки потік цих іонів і буде розносити сигнал. Це означатиме, що загалом заряд всередині клітини буде негативним.
Це створює дисбаланс. Ось так нейрон може залишатися неактивним. Отже, у нас є клітина, що приймає рішення активізуватися чи ні.
Поки що вона неактивна. Як запустити процес її активації, якщо у нас поряд є ще один нейрон? Детальніше розповість Ентоні.
Він надсилає хімічний сигнал, який надходитиме до дентритів. І коли ця хімічна речовина під назвою нейромодіатор досягає певного рецептора на дентриті, Цей рецептор відкриває канал, через який пройде деяка кількість позитивних іонів. Не мов лист на електронну пошту, він отримує сигнал.
Тож ці позитивні іони потрапляють у дентерит, внаслідок чого відбувається зміна заряда. Нейрон починає потроху активуватися зсередини. До цього він мав повністю негативний заряд, а тепер вже не настільки. Інакше кажучи, нейрон був доволі поляризованим, мав цілком негативний заряд. Тепер він трохи деполяризувався.
Всередину потрапляє позитивний заряд. Чудово. Якась частка сигналу заряду заходить всередину. Але таким чином нейрон вирішує, буде він активуватися чи ні.
Тут одне з двох. Отже, з дендрита надходить сигнал у нейрон, приливає позитивний заряд. Заряд трохи потрапляє і до Соми, але один сигнал має не таке вже й велике значення.
Скажімо, що звідси надходить дійсно багато хімічних речовин, велика кількість позитивного заряду. Або ж ми маємо декілька потоків одночасно. Знову ж таки, клітина отримує багату заряду. Зрештою може статися так, що тут на асконному горбуку збереться достатньо позитивного заряду. аби нейрон активувався.
Тож, що саме змушує нейрон приймати це рішення? Тут у нас є ще декілька каналів, які можуть відкритися та запустити позитивні іони всередину. Це стається якраз, коли позитивного заряду достатньо.
Якщо його достатньо, ці канали відкриваються та пропускають ще більше позитивних іонів. Щойно це станеться, передача почалася, чи не так? Більше позитивних іонів будуть мати змогу потрапити всередину, відкриються ще більше каналів. Це буде постійно продовжуватися, і зрештою нейрон надійшли сигнал.
Це відбуватиметься завдяки надходженню позитивних іонів усередину до аксону і зрештою до термінала. Потім, коли позитивні іони почнуть заходити до термінала, він надійшли сигнал до наступної клітини. Увесь процес почнеться спочатку. Найголовнішим є те, що це рішення або приймається, або ні. Якщо при надходженні позитивних іонів вони не перетнуть поріг, якщо їх не збереться достатньо для аксонного горбика, клітина буде залишатися у стані спокою.
А якщо їх буде достатньо, аби перетнути цей поріг, бажаючих потрапити всередину буде все більше і більше. Клітина активується. Шляху назад більше не буде.
Сигнал пройде через аксон до терміналу, повідомлення буде надіслано. Це називається потенціал дії. Усі позитивні заряди заходитимуть всередину. Заряд клітини буде ставати більш позитивним, але зрештою це має закінчитись.
Як саме? Всередині знаходиться певна кількість інших позитивних іонів. У той час, як одні іони заходитимуть всередину, клітина може відкрити окремі канали, щоб випустити другий тип позитивних іонів назовні.
Відбудеться відновлення балансу та заряду. Знову ж таки, клітина виводить позитивні назовні через ті самі помпи. Вона знову повернеться до стану спокою.
У порівнянні із зовнішнім простором її заряд буде негативним. Ось такий потенціал. Клітина вирішує, чи буде вона відкривати аксонний горбик та надсилати повідомлення далі по ланцюгу.
Це було доволі спрощене пояснення взаємозв'язку нейронів. Сподіваюся, що вам було усе зрозуміло. Про це розповідатимуть детальніше на майбутніх лекціях.
Але на даному етапі цієї інформації цілком достатньо. Що варто запам'ятати з першої половини нашої лекції? Різні частини мозку виконують різні функції.
Ми розглянули головний та спинний мозок та їх частини, як впливають на поведінку. Коли справа дійде до окремих поведінок, ви дізнаєтесь про це набагато більше. Також всередині мозку у нас є певні клітини, які також мають особливі функції.
Мова йде про нейрони та глії. Нейрони також бувають різних видів. Ви дізнаєтесь, що деякі з них надсилають один тип хімічного сигналу, інший другий.
Дізнаєтеся, яке значення це має для окремих поведінок. Ми також поговорили про нейрони, які є функціональною одиницею нервової системи. Цьому нас навчив Рамон і Кахаль. Нарешті, коли вони вирішують надсилати сигнал, це все або нічого. Потенціал дій, який змушує нейрон надсилати повідомлення наступній клітині.
Якщо все було для вас зрозумілим, то ви тепер маєте загальне уявлення, що таке нейробіологія. Зараз ми зробимо п'ятихвилину перерву, а потім перейдемо до лекції Ентоні. Він більше детально розповість, що саме відбувається у синапсі, розглядаючи це у контексті поведінки. Дякую. Добре.
Мене звати Ентоні. Я навчаюся на першому курсі аспірантури з біології. Останнім часом я просто відвідую різні лабораторії і намагаюся знайти, у чому хочу спеціалізуватися. Як вже й сказав Нейтан, у цій темі будуть речі, які можуть вас заплутати.
Якщо що, зупиніть мене та перепитайте. Моя електронна адреса знаходиться у роздаткових матеріалах, які ви можете скачати з CourseWorks. Після заняття я напишу її на дошці.
Тож не соромтеся питати, писати або Нейтану, або мені, коли у вас будуть питання стосовно лекції. Я розпочну з невеличкого повторення, про що розповідав Нейтан. А саме про нейронну доктрину.
Аж до кінця 19-го століття вважалося, що нейрони зв'язані з цитоплазмою. Було доволі складно усвідомити концепцію нейронів як окремих клітин, оскільки вони вчені могли побачити лише сітчасту мережу пов'язаних між собою волокон та процесів. Тільки з розвитком мікроскопії та забарвлення з'явилися підозри, що там всередині відбувалось щось ще, щось цікаве. У 1891 році німецький анатоміст Генріх Вільгельм Готфрід фон Вальдейр Гартс, так, я тренувався, він запропонував те, що зараз вважається нейронною доктриною.
Мережа складається з окремих клітин. Йому б це не вдалося, якби не праці інших вчених, як-от Сантьяго, Рамон і Кахаль. Легенда біології. Отже, якщо нейрони це окремі клітини, що взаємодіють одна з одною, то це відбувається не лише завдяки електричним зв'язкам. Якщо замислитись над цим, тут справа у хімічних зв'язках.
Тож, до того, як розпочнеться активність у синапсі, я маю вам дещо розповісти. Повернемося до потенціалу дій. Як ви вже знаєте, він починається коло аксонного горбика. Тут приймається рішення про активізацію цього потенціалу.
Щойно це відбувається, потенціал прямуватиме крізь увесь аксон і до кінця, який називають аксонним терміналом. Аксонний термінал це структура на кінці аксона, що накопичує велику кількість нейромедіаторів. Вони не просто рухаються довкола всередині клітини, а зберігаються у певних кількостях. В цих мембранних сверичних структурах під назвою везикули.
Ви можете побачити, як ці кулі вміщують чорні точки. Кулі це везикули, а точки це нейромедіатори. Гаразд, коли потенціал досягає аксонного термінала, Він викличе наплив позитивного заряду, який потім активує викид нейромедіаторів з цих визикул.
Тож визикули починають рухатися до країв аксонного терміналу та виштовхують свої нейромедіатори. Тут треба залучити деяку термінологію, але сьогодні я спробую цього уникнути. Нейрон, який посилає сигнал, називається присинаптичним нейроном, а той, що тримує, називається постсинаптичним нейроном. З'єднання, яким пов'язані ці два нейрона, називається синапсом.
Отже, коли цей нейрон підв'язаний до рецептора, він може викликати один з тимчасових ефектів. Перше може статися моментально. Це відкриття каналу. що запустить іони всередину, як показував Нейтан.
Ці іони можуть мати як позитивний, так і негативний заряд. Якщо заряд позитивний, він може активувати потенціал дії за умови, що таких зарядів достатньо. Якщо ж заряд негативний, він може зменшити ймовірність активації потенціалу дії в аксонному горбику.
Це моментальний ефект. Є також ефект, який може тривати трохи довше, наприклад, коли долучаються гени. Отже, нейромедіатор може вивільнитися та прив'язатися до рецептора. Така подія може спричинити активацію фактора транскрипції.
Цей фактор транскрипції, у свою чергу, може викликати утворення нових каналів рецепторів, які знаходяться тут, у дентритах. Якщо утворити більше каналів або рецепторів, можна зробити цей синапс більш чуттєвим до тієї ж кількості нейромедіаторів. Тож це посилює синапс. Ви дізнаєтесь про це більше на наступ... вступних лекціях.
Тож, не лише один єдиний нейрон може реагувати на різні типи нейромедіаторів, гальмівні, збуджуючи, а й один єдиний нейромедіатор може впливати на різні типи нейронів, що розташовані у ділянках мозку та виконують різні функції. Ви питаєте, як це можливо? Наш мозок налічує 100 мільярдів нейронів.
Чому у нас не 100 мільярдів унікальних нейромедіаторів для кожного мозку? Ой, тобто для нейрону? Цьо...
Концепцію можна співвіднести, наприклад, до абетки. В англійській абетці лише 26 літер, втім ми можемо створити нескінченну кількість комбінацій. Концепція мозку, який відповідно до певної ділянки, виконуватиме різні функції.
Вони матимуть різні функції, оскільки нейронні мережі, відповідальні за ці функції, також будуть різнитися. Насправді, здебільшого вони матимуть фізичний поділ між окремими частинами, різними нейронними мережами з певними функціями. Тож, завдяки цьому поділу, один тип нейромедіатора може застосовуватись у різних ділянках мозку. Вибачте, я мав поставити цей слайд. Ми називаємо це компартмоменталізацією мозку, коли велика кількість різних функцій виконується у різних фізичних частинах.
Оскільки нейромедіатори є багатофункціональними, потрібно більше, ніж декілька сотень одиниць за сучасними розрахунками. На даний момент відкрили вже доволі багато видів, але не всі. Пропоную виконати одну, так би мовити, вправу, яка допоможе нам завчити певні властивості нейромедіатора. Припустимо, ви вчені та займаєтесь дослідженням нових нейромедіаторів. Перед вами якась молекула.
Які докази вам можуть знадобитися, аби довести, що ваша молекула Це нейромедіатор. По-перше, ви маєте спитати себе, де знаходяться нейромедіатори. Вони розташовані не по усьому мозку, а у певних частинах і саме в аксономних терміналах. Отже, ви маєте довести, що ваша молекула знаходиться в аксономному терміналі.
По-друге, треба визначитись, що активізує нейромодіатори. Ви маєте продемонструвати, що викид цієї речовини відбувається після потенціалу дій. Як ви пам'ятаєте, потенціал дії надходить до термінала, і за декілька етапів починається викид нейромодіаторів. Це вже щось, але цих двох пазлів недостатньо.
Аби довести, що ви маєте справу саме з нейромедіатором, вам потрібен ще один доказ. Ви маєте запитати, який ефект має нейромедіатор. Також ви маєте показати, що після викиду та прив'язки до рецептора він спричинятиме певний наплив заряду до постсинаптичного дентрита. Здається, я знову пропустив слайд. А ні, все гаразд.
На щастя, до нас вже було проведено достатньо роботи з визначення нейромедіаторів. Існує декілька видатних нейромедіаторів, з якими я хочу вас познайомити. Зараз не потрібно запам'ятовувати ніяких функцій. Я просто хочу представити...
вам деякий матеріал, аби підготувати вас до наступних лекцій. Один з таких нейромедіаторів є дофамін. Його найбільше пов'язують з відчуттям насолоди системою винагород.
Як і інші, він має доволі широкий спектр функцій. Це не лише про винагороди та насолоду. Невеличке повторення, яким чином він може мати декілька функцій.
Оскільки мозок компартменталізований, а мережі здебільшого фізично поділені, один тип нейромедіатора може мати ефект в різних ділянках мозку. Таким чином, один нейромедіатор може виконувати чимало різних функцій в організмі, і дофамін не є виключенням. Існує також інший тип епінефрин. Я упевнений, що кожен в цій аудиторії чув про нього у тому чи іншому виді.
Інше слово для епінефрину адреналін. Тож, адреналін залучений у реакції до бий та біжи. Як вже розповідав Нейтан, якщо вам доведеться потрапити у ризиковану ситуацію, ви можете або вплутитися у бійку та перемогти опонента, або втікти. І те, і інше може стати у пригоді.
Є ще норадреналін, про який ви дізнаєтеся більше протягом курсу. Він може цілком замінити адреналін, бо вони мають доволі схожу структуру. Можна без зайвих зусиль перетворити адреналін у норадреналін, та навпаки.
Ще один нейромедіатор, про який ви скоро дізнаєтесь, це серотонін. Серотонін це ще один тип нейромедіаторів, які можуть мати багато функцій. Деякі з них відповідають за регуляцію сону, апетиту чи настрою. Але, звісно, це не повний список. Ацетолхонін.
Я знаю, що про нього вам розповідатимуть у п'ятницю, тож не буду вдаватися в подробиці. ГАМК. Не можна розповідати про нейромедіатори, не згадавши про ГАМК.
Це глутамат. Ці двоє є найпоширенішими в мозку. ГАМК гальмівний нейромедіатор, а глутамат збуджуючий.
Знову ж таки, вони мають цілком протилежні функції. Зараз я хотів би приділити трохи уваги сумірній тимі, а саме нервово-м'язовим з'єднанням. Тварина не може мати поведінку, тобто взагалі ніяку поведінку, якщо вона не може рухатися.
А рух зумовлений скороченням м'язів. Маємо доволі схожу ідею. Є синапс, є нейромедіатор. Синапс знаходиться на нерві, який подає сигнал м'язам. Відбувається викид нейромедіатора, який, з великою ймовірністю, буде ацетилхонін.
Він підв'яжеться до рецептора м'яза, що викличе скорочення. На відміну від багатьох нейронів у мозку, які загалом реагують на різні нейромедіатори, нервово-м'язові зв'язки контактують лише з одним типом. Отже, розібравшись із цим, тепер можна поринути у нейрофармакологію. Що це таке? Це зовнішній вплив на синаптичні події.
Для чого людям взагалі потрібно впливати на це? Як мінімум, з наукових міркувань. Можна певним чином вплинути на нейромедіатор чи рецептор, щоб дізнатися більше про їх функції.
А ще такі маніпуляції застосовуються для лікування хвороб. Ми, люди, дуже зацікавлені у допомозі хворим. Тож, головною метою є посилення або послаблення цього зв'язку синапсу.
Іноді це можливо, якщо обманути постсинаптичний нейрон. Можна увести штучне з'єднання, яке буде доволі схожим на те, що є в організмі. Багато галюциногенів діють за цим принципом.
Такі як маскалін, ЛСД та псилоцибін взаємодіють з рецептором серотоніну, оскільки вони дуже схожі на серотонін за своєю структурою. Існує цілий ряд способів посилення синаптичної реакції. Одним з них буде посилення викиду нейромедіатору з пресинаптичного нейрона.
Наскільки сильно, можна збільшити синтез нейромодіатора. Можна змусити нейромодіатор затриматися в синапсі після цього викиду. Це можна зробити багатьма способами.
Можна заблокувати, так схоже, те, що пропустив. Гаразд, не приймайтеся. Можна блокувати зворотні захоплення чи розкладання.
Зараз я розповім про це. Коли нейромедіатор відіграв свою роль, приєднався до рецептора та виснажився, він більше не може залишатися в синапсі. Необхідно його позбутися, інакше він продовжить надсилати сигнали до рецептора.
Один зі способів називається зворотні захоплення. Це фактично повторне застосування вже використаного нейромедіатора в присинаптичному нейроні. Гаразд.
Безліч білків є посередниками у цьому процесі. Є білкові помпи, які закачують цей нейромедіатор назад в прес-синапс, або білки, що перепаковують нейромедіатор у визикули. Тож, ви матимете змогу знов заповнити ці визикули.
Це зворотні захоплення. Також можна розкласти використані нейромедіатори. Таким чином, продукти розкладання можна буде помітити у певних рідинах вашого тіла, як-от спинномозкова рідина, кров, сеча.
Це важливо при виявленні кількості окремих нейромедіаторів в організмі, коли ви діагностуєте захворю��ання. Отже, так, можна затримати виснажений нейромедіатор в синапсі, блокуючи зворотні захоплення або розкладання. Можна збільшити активність рецептора нейромедіатора. Якщо рецептор в постсинапсі має певний рівень спорідненості з нейромедіатором і є можливість якимось чином покращити їх зв'язок, можна посилити сигнал нейромедіатора, таким чином підсиливши синаптичну реакцію. З іншого боку, якщо ви бажаєте послабити синаптичну реакцію, ви можете заблокувати будь-які процеси, що пов'язані з викидом нейромедіатора, що дозволяють йому підв'язуватися до рецептора та викликати наплив заряду в дентрит.
Це можна зробити шляхом блокування викиду нейромедіатора, блокування його рецептора. Можна заблокувати або послабити спорідненість. Знову ж таки, ми не хочемо змушувати вас запам'ятовувати усі ці механізми.
Так чи інакше, про це розповідатимуть далі впродовж курсу. Головна ідея це дати вам розуміння про безліч способів, якими можна впливати на події, що відбуваються в синапсі. Тож є дійсно багато способів.
Отже, як щодо невропатології? Якщо щось погане відбувається в мозку, Дуже важко замірювати кількість нейромедіаторів, особливо у живих пацієнтів. Ці виміри зазвичай проводять в продуктах життєдіяльності, в яких можна знайти залишки нейромедіаторів. Сеча кров спинномозкова рідина.
Це може слугувати підказкою. Припустимо, що ми маємо справу з пацієнтом, Із хворобою Паркінсона та хочемо полегшити його симптоми. Це буде доволі складно.
Особи з хворобою Паркінсона мають недостатній або знижений рівень дофаміну у певних ділянках мозку, що відповідають за рух. Можливо, якби ми підвищили рівень дофаміну в мозку, то змогли б допомогти полегшити ці симптоми. Але це призведе до підвищення дофаміну усюди, де він залучений. І таким чином ви змінили б цей рівень в малолімбічному шляху з нормального на високий та викликали б симптоми. що характерні для шизофрії.
Тож це повертає нас до того, про що ми говорили раніше, мозок компартменталізований. Певні його ділянки виконують різні функції. Нейромедіатор може працювати інакше відповідно до цих ділянок.
Якби ви хотіли щось десь виправити, ви отримали б негативні ефекти з іншого боку. в іншій ділянці мозку. Ось це і все, про що я хотів вам сьогодні розповісти. Декілька важливих висновків.
Цей процес, процес потенціалу дії, що рухається уздовж аксону та викликає наплив позитивних іонів до аксонного терміналу, який зрештою випустить нейромедіатор. Ви маєте бути ознайомлені з цією концепцією. Також треба розуміти, що використання нейромедіатору можуть бути розкладені або перероблені завдяки процесу під назвою зворотні захоплення. Продукти цього розкладення можуть бути знайдені в крові, сечі та спинномозковій рідині. Знову ж таки, концепція того, що мозок компартменталізований, це дуже важливо.
І те, що фармакологічні втручання можуть проводитися обережно, оскільки можуть відбутися речі, яких ви не очікуєте, особливо коли щось не так лише в одній частині мозку. На цьому все. Ви можете йти або поставити питання. Відео перекладено та озвучено спеціально для каналу Хмаринка Сайенс.
Для того, щоб підтримати наш канал фінансово та пришвидшити випуск нових серій, можна стати нашими патронами або зробити разовий переказ на картку. Всі деталі будуть в описі до цього відео.