Единственная наука, которая может объединить и исследовать огромную область знаний о генах и человеческой психике, — это наука нейробиология или нейронаука. С самого начала нашей истории многие люди с разными знаниями пытались изучать человеческий мозг разными методами и с разными результатами. Изучая мозг, человек не только узнает больше о самом органе, но и, безусловно, неврология помогает понять и объяснить человеческие чувства и поведение.
Еще в античной Греции Аристотель придерживался мнения, что у мозга нет другой функции, кроме снижения температуры крови, однако уже за 300 лет до этого древнегреческий философ Алкменон Кротон смотрел на мозг так же, как это делают ученые сегодня. Он был убежден, что мозг позволяет нам воспринимать то, что мы слышим, видим или обоняем, а также что это место, где возникают память и воображение. Он был уверен со временем это может превратиться в знания или как сейчас говорят в нейронауку.
Что такое мозг?
Как наш мозг выполняет вычисления? Сегодня нейробиологи знают о человеческом мозге больше, чем когда-либо прежде, однако многие вопросы по-прежнему остаются без ответа.
Сейчас функции различных областей человеческого мозга изучаются и уже есть лучшее понимание работы этой части тела. Англичане Алан Ллойд Ходжкин и Эндрю Филдинг Хаксли внесли свой вклад в исследования в области нейронаук своими работами в начале пятидесятых годов 20-го века. Они сосредоточились на объяснении функций отдельных нейронов с помощью гигантского аксона, толщина которого превышает один миллиметр. Они разработали известную математическую модель, объясняющую поведение этих гигантских аксонов. Благодаря этой теории они получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1963 году.
Анатомия мозга
Несомненно, в нейронауке мозг занимает центральное место. Нейронаука занимается в основном более высокими функциями мозга, которые также известны как нейронные механизмы. Мозг выполняет множество важных функций.
Этот килограммовый орган управляет всеми необходимыми функциями организма, такими как интеллект, креативность, эмоции и память. Он получает информацию от органов чувств и отправляет ее в мышцы. Другими словами, мозг собирает сообщения таким образом, чтобы они имели для нас значение, и может сохранять эту информацию в нашей памяти.
Три основных компонента головного мозга — большой мозг, мозжечок и ствол мозга — выполняют различные функции:
- Головной мозг является самой крупной и наиболее развитой частью человеческого мозга. Разделенный на две части, он отвечает за несколько высших функций (речь, эмоции, интеграцию сенсорных стимулов всех типов, инициацию конечных общих путей движения и точный контроль за движением).
- Мозжечок, вторая по величине область мозга, отвечает за поддержание равновесия и дальнейший контроль движений и координации. Он важен для способности человека выполнять быстрые и повторяющиеся действия, например, играть в видеоигру.
- Ствол головного мозга включает в себя средний мозг, мост и продолговатый мозг. Он действует как ретрансляционный центр, соединяющий головной мозг и мозжечок со спинным мозгом. Здесь расположены многие простые или примитивные функции, необходимые для выживания. Например, дыхание, частота сердечных сокращений, температура тела, циклы бодрствования и сна, пищеварение, чихание, кашель, рвота и глотание.
Передача информации в мозге осуществляется с помощью комбинации химических веществ и электричества.
Основным компонентом нервной системы является нейрон – электрически возбудимая клетка, которая обрабатывает и передает информацию с помощью электронно-химических сигналов. Мозг состоит из более чем 100 миллиардов нейронов. Всего в человеческом мозге 86 миллиардов клеток.
Анатомия нейрона
Нейрон или нервная клетка разделена на четыре морфологически четко различимые области (сома, дендриты, аксон и бугорок аксона). Каждая область выполняет различные функции.
Клеточное тело (сома) — это выпуклый конец нейрона, содержащий клеточное ядро.
Дендриты — это тонкие разветвленные отростки нейрона, которые получают сигналы от других нейронов через синапсы и передают их в сому.
Аксон — это длинный тонкий отросток нейрона, который проводит электрические импульсы от тела клетки. Эти электрические импульсы называются потенциалами действия. Основная функция аксона — передача информации различным нейронам и мышцам. Аксон окружен шванновской клеткой. Эти клетки изолируют аксоны, способствуя более быстрой передаче потенциалов действия (до 120 м/с).
Потенциалы действия распространяются по аксону и представляют собой кратковременные и быстрые нервные импульсы типа «все или ничего» с амплитудой около 100 мВ и длительностью около одной миллисекунды, однако более подробно потенциалы действия будут рассмотрены в части.
Аксонный бугорок расположен между телом клетки и аксоном. Это часть нейрона, где во время стимуляции генерируется потенциал действия.
Синапсы — это небольшие точки контакта, через которые сигналы передаются между двумя клетками. Нейрон, который посылает сигнал, называется пресинаптическим нейроном. Нейрон, который принимает сигнал, называется постсинаптическим нейроном. Между пре- и постсинаптической клетками имеется промежуток (синаптическая щель), который электрически изолирует клетки. Передача сигнала осуществляется с помощью химических передатчиков.
Толщина клеточной мембраны нейрона составляет приблизительно 6-8 нм. Сама мембрана состоит из двойного слоя фосфолипидов (липидного бислоя). В этот липидный бислой встроены белки, такие как ионные каналы. Мы дадим определение ионным каналам в части
Основа нейронауки — функционирование нейрона
Нейронаука занимается функциями мозга, но если просто можно объяснить основную функцию каждой нервной клетки с помощью примера:
- Представьте, что вы сидите на кухне своего дома и слышите звонок в дверь.
- Звонок в дверь называется стимулом.
- Рецептор в вашем ухе воспринимает стимул.
- Проводники (нервы) передают сообщение в мозг.
- Мозг интерпретирует сообщение.
- Затем проводники передают сообщение от мозга к вашим мышцам.
- Стимулируются эффекторы (мышцы), и вы подходите к двери и открываете ее.
Подведем итог: рецепторы — это группа клеток или орган, которые распознают раздражитель и генерируют импульсы, которые передаются по проводникам. Проводники — это нервные клетки, которые передают сигналы к головному и/или спинному мозгу и обратно. И последнее, но не менее важное: эффекторы — это структуры, которые реагируют на исходный раздражитель. Это означает, что основной характеристикой каждой клетки является способность воспринимать стимул. Однако передача стимула связана с клетками нервной системы. Нейроны получают через дендриты электрические сигналы, которые передаются в сому. В ответ на эти стимулы принимается решение, генерировать выходной сигнал или нет.
Такой выходной сигнал передается по аксону к синапсам и передается на дендриты других нейронов. Нейронные связи в мозге играют основную роль в выполнении своих функций.
