Физика и мозг

Основной структурно-функциональной единицей центральной нервной системы является нейрон , Это клетка , который характеризуется способностью реагировать на возбуждение. Эта реакция заключается в создании функционального состояния, которое затем передается другим нейронам синаптическим путем.

Благодаря тому, что центральная нервная система обладает способностью принимать и передавать стимулы, следовательно, информация о любых изменениях внешней и внутренней среды доступна в любое время. Стимулы принимаются сенсорными рецепторами, а затем передаются в виде нервных импульсов, они мигрируют в центральную нервную систему, где подвергаются обработке и анализу, обуславливая формирование сенсорных впечатлений или стимуляцию внутренних органов для работы.

Чтобы понять влияние нервной клетки, сначала прочитайте ее структуру. И поэтому каждый нейрон состоит из клеточного тела и дендритов и одного аксона. по дендриты импульсы направлены к телу клетки и аксону. Если, с другой стороны, происходит искусственная стимуляция аксона, то импульсы также можно проводить от аксона к телу клетки. аксон оно заканчивается ветвью, на концах которой находятся синаптические колбы.

Каждый нейрон окружен клеточной мембраной. Эта мембрана является местом формирования и проведения потенциалов, производство которых является основным свойством нейронов. Это связано с наличием натриевых и калиевых каналов в мембране. Натриевые каналы встречаются в большем количестве вокруг аксона аксона, и именно поэтому функциональный потенциал чаще всего встречается здесь. Таким образом, натриевые каналы ответственны за процесс деполяризации мембраны, тогда как калиевые каналы участвуют в процессах реполяризации. Физически клеточную мембрану можно сравнить с набором натриевых и калиевых батарей, которые были последовательно соединены с элементами, устойчивыми к проводимости ионных токов. Электрическое сопротивление внутриклеточной и внеклеточной жидкости почти в две тысячи раз меньше, чем сопротивление самой мембраны клетки аксона, которая в состоянии покоя составляет около 0,1 - 0,2. ,

Такая большая разница в значении сопротивления возможна из-за того, что клеточная мембрана включена фосфолипиды быть хорошим изолятором. Вот почему это возможно изоляция большое количество зарядов с противоположным знаком при сохранении небольшого значения потенциала покоя.

Если нейрон находится в состоянии покоя, нет разницы потенциалов между любыми двумя местами на поверхности клеточной мембраны. Говорят, что поверхность этой клетки является изопотенциальной. Если, с другой стороны, измеряется значение разности потенциалов между поверхностью ячейки и ее внутренней частью, значение составляет приблизительно от -60 до -90 мВ. Это называется потенциал покоя. На его образование влияет разница концентраций ионов натрия и калия между внешней средой клетки и ее внутренней частью, а также движение этих ионов в направлении градиента концентрации, т.е. диффузия ионы через мембрану нервных клеток. Клеточная мембрана характеризуется избирательной проницаемостью для ионов натрия и калия и дополнительно оснащена натриевым и калиевым насосами. Снаружи концентрация ионов натрия в десять раз выше, чем концентрация в середине клетки. Напротив, концентрация ионов калия в тридцать раз больше на внутренней стороне мембраны, чем во внешней среде клетки.

В состоянии покоя большинство натриевых и калиевых каналов закрыты. Таким образом, диффузия происходит только в незначительной степени, и она в основном касается калиевых каналов, потому что мембрана является более проницаемой для этих ионов и каналов для калия в десять раз больше, чем для натрия.

Хотя скорость диффузии низкая, через некоторое время это может привести к уравновешиванию концентраций ионов во внутриклеточной и внеклеточной жидкости и, как следствие, вызвать нейронную дисфункцию. Активный содово-калиевый насос контролируется для предотвращения возникновения такой ситуации. Он работает на основе фермента аденозинтрифосфатазы (АТФ), который активируется ионами натрия и калия. Энергия, которая необходима для этого активного транспорта, поступает от гидролиза АТФ. Этот насос транспортирует ионы натрия изнутри клетки, а ионы калия в противоположном направлении. Скорость этого транспорта зависит от внутриклеточной концентрации ионов натрия и концентрации ионов калия во внеклеточной жидкости.

Электрические изменения в мембране нервных клеток могут быть локальными и функциональными потенциалами. Локальные потенциалы перемещаются вдоль мембраны нейрона с уменьшением их амплитуды и возникают под воздействием нейротрансмиттеров, которые вызывают деполяризацию или гиперполяризацию. Местные мощности могут быть агрегированы как во времени, так и в пространстве.

Напротив, функциональные потенциалы появляются по принципу «все или ничего». Они движутся вдоль мембраны нейрона, не изменяя свою форму или амплитуду. Функциональный потенциал возникает в результате внезапного и временного изменения проницаемости мембраны и ее электропроводности. Электропроводность пленки обратно пропорциональна ее электрическому сопротивлению.

Прохождение потенциала действия через данный фрагмент нейрона вызывает временное исчезновение возбудимости. Тогда этот участок нейрона не чувствителен ни к каким раздражителям. Этот период длится в среднем 1 миллисекунду.

Длительность таких периодов рефракции указывает, сколько раз нейрон может быть стимулирован в данную единицу времени. Подсчитано, что максимальная частота появления потенциалов действия обычно не превышает 100-200 импульсов в секунду.

От одного нейрона к другому или от нейрона к другим клеткам нервные импульсы передаются через синапсы. Информация, закодированная в форме импульса, может передаваться между синапсами либо электричеством, либо химическими средствами, причем второй метод определенно доминирует.

Электрическая передача состоит в том, что потенциал действия, движущийся к концам аксона, вызывает образование локальных деполяризующих токов в одном из синаптических элементов, называемых пресинаптическими. Затем с небольшой задержкой деполяризация также появляется в постсинаптическом элементе. Синаптическая электрическая проводимость возникает, когда между нейронами имеются 2 нм трубки, называемые коннексонами. Этот тип проводимости появляется относительно редко. Это двустороннее руководство и не очень чувствительное к воздействию фармакологических веществ.

Таким образом, большинство синапсов имеют химическую проводимость. Это связано с формированием постсинаптического возбуждающего потенциала и постсинаптического тормозного потенциала.

Оказывается, вы можете измерить электрический потенциал мозга. Для этого используются специальные устройства, называемые электроэнцефалографами. Первое исследование этих устройств было проведено в Польше двумя учеными Адамом Беком и Никодемом Цибульским. К сожалению, как это часто бывает, деньги на исследования закончились, и они не смогли закончить свою новаторскую работу. Электроэнцефалограф состоит из множества электродов. Обычно их число составляет 128. Эти электроды прикрепляются к голове обследуемого пациента. Электроды получают сигналы, которые затем усиливаются и сохраняются в виде диаграмм работы мозга.

Анализ записи ЭЭГ может быть полезен при диагностике многих заболеваний нервной системы.

Что касается магнитных свойств мозга, эта область еще не до конца изучена. Присутствие магнетита в мозге обнаружено, но неизвестно, что в этом случае играет роль рецепторов, называемых магниторецепторами. Предполагается, что магниторецепция сыграла большую роль в наших предках и послужила им ориентиром в космосе. Сегодня, когда многие устройства облегчают жизнь человека, магниторецепция становится ненужной и ослабленной. Однако это не необратимый процесс. Возможно если человек он был бы осужден только на себя в незнакомой обстановке, способность магниторецепции снова была бы усилена.

Похожие