Põhiline

Ravi

Budova neuron beebi

Närvisüsteemi funktsionaalne üksus on närvirakk, neuron. Neuronid on võimelised genereerima elektrilisi impulsse ja neid närviimpulsside kujul edastama. Neuronid moodustavad omavahel keemilised sidemed - sünapsid. Närvisüsteemi sidekudet esindab neuroglia (sõna otseses mõttes “närviline glia”). Neuroglia rakke on sama palju kui neuroneid ja nad täidavad troofilisi ja toetavaid funktsioone.

Miljardid neuronid moodustavad peaaju poolkerade ja peaaju poolkera pinnakihi - ajukoore. Lisaks moodustavad valgeaine paksuses neuronid klastrid - tuumad.

Peaaegu kõik kesknärvisüsteemi neuronid on multipolaarsed: neuronite säga (keha) iseloomustab mitme pooluse (tipu) olemasolu. Kõigist poolustest, välja arvatud üks, lahkuvad protsessid - dendriidid, mis moodustavad arvukalt harusid. Dendriitilised pagasiruumid võivad olla siledad või moodustada arvukalt selgroogu. Dendriidid moodustavad sünapsi koos teiste neuronitega dendriitpuu lülisammas või tüves.

Soma järelejäänud poolusest lahkub protsess, mis viib läbi närviimpulsse, aksonit. Enamik aksoneid moodustavad külgharusid. Lõppharud moodustavad siht neuronitega sünapsi.

Neuronid moodustavad kahte peamist tüüpi sünaptilisi kontakte: axodendritic ja axosomatic. Aksonodendriitsed sünapsid edastavad enamikul juhtudel ergastavaid impulsse ja aksosomaatilised pärsivad.

Aju neuronite vormid.
(1) Ajukoore püramiidsed neuronid.
(2) Hüpotalamuse neuroendokriinsed neuronid.
(3) Sarvkeha teravdatud neuronid.
(4) Korvitaolised tserebellaarsed neuronid. Neuronite 1 ja 3 dendriidid moodustavad selgroogu.
A on akson; D - dendriit; KA - tagatise akson. Dendriitilised selg.
Väikeaju osa, mis sisaldab selgroogu moodustavate hiiglaslike Purkinje rakkude dendriite.
Vaateväljas eristatakse kolme selgroogu (III), moodustades sünaptilisi kontakte aksonite klubikujuliste pikendustega (A).
Neljas akson (vasakul vasakul) moodustab sünapsi dendriitilise pagasiruumiga. (A) Seljaaju halli aine eesmise sarve motoneuron.
(B) Suurendatud pilt (A). Keskmise närvisüsteemi valgeaines paiknevad sektsioonide 1 ja 2 müeliinkestad moodustuvad oligodendrotsüütidest.
Tagastamise tagatise aksoni haru algab müeliseerimata kohast.
Lõikude 3 ja 4 müeliinkestad, mis on seotud närvisüsteemi perifeerse osaga, moodustavad Schwanni rakud.
Seljaaju sisenemise piirkonnas paiknev aksonite paksenemine (üleminekupiirkond) on kontaktis ühelt poolt oligodendrotsüütidega ja teiselt poolt Schwanni rakkudega.
(B) Pärast hõbedasooladega värvimist on neurofilamentidest koosnevad neurofibrillid nähtavad.
(D) Nissl-kehad (granuleeritud endoplasmaatilise retikulaari tükid) on katioonsete värvainetega (nt tioniiniga) värvimisel nähtavad.

Neuronite sisemine struktuur

Kõigi neuronistruktuuride tsütoskelett moodustatakse mikrotuubulitest ja neurofilamentidest. Neuroni keha sisaldab tuuma ja seda ümbritsevat tsütoplasmat - perikariooni (kreeka peri - ümber ja karyon - tuuma). Perikarioonis on granulaarse (krobelise) endoplasmaatilise retikulumi - Nissli kehad, aga ka Golgi kompleks, vabad ribosoomid, mitokondrid ja agranulaarne (sile) endoplasmaatiline retikulum..

1. Rakusisene transport. Neuronites toimub metabolism membraanistruktuuride ja tsütoskeleti komponentide vahel: somas pidevalt sünteesitavad uued rakulised komponendid transporditakse ateronide ja dendriitide kaudu anterograadse transpordi abil ja ainevahetusproduktid sisenevad soma, kus nad lüsosomaalselt hävitatakse (sihtrakkude äratundmine)..

Eraldage kiire ja aeglane anterograafiline transport. Kiire transport (300–400 mm päevas) toimub vabade rakuelementide abil: sünaptilised vesiikulid, vahendajad (või nende eelkäijad), mitokondrid, samuti lipiidi ja valgu molekulid (sealhulgas retseptori valgud), mis on sukeldatud raku plasmamembraanile. Aeglast transporti (5-10 mm päevas) tagavad keskskeleti komponendid ja lahustuvad valgud, sealhulgas mõned valgud, mis on seotud vahendajate vabastamisega närvilõpmetes.

Akson moodustab palju mikrotuubuleid: need algavad somast lühikeste kimpudega, mis liiguvad üksteise suhtes piki aksoni algsegmenti; hiljem moodustub akson pikenemise tõttu (üks kord kuni 1 mm). Pikendusprotsess toimub tänu tubuliinpolümeeride lisamisele distaalsesse otsa ja osalisele depolümeriseerumisele (“lahtivõtmine”) proksimaalses otsas. Distaalses osas on neurofilamentide kulg peaaegu täielikult aeglustunud: selles osas on nende valmimine lõpule viidud, kuna soma osakonda sisenevad hõõgpolümeerid on lisatud aeglase transpordiga.

Mitokondriaalsete metaboliitide, agranulaarse endoplasmaatilise retikulaari ja plasmamembraani tagasitransport selles paiknevate retseptoritega toimub üsna suure kiirusega (150-200 mm päevas). Lisaks rakkude metabolismi produktide kõrvaldamisele on sihtrakkude äratundmisprotsessis kaasatud ka retrograadne transport. Sinapsis haaravad aksonid sihtraku plasmamembraani pinnalt valke ja neurotropiine (signaali neuronite toit) sisaldavaid signaali edastavaid endosoomid. Seejärel transporditakse neurotropiinid soma, kus need kinnistatakse Golgi kompleksi.

Lisaks mängib selliste sihtrakkude "marker" molekulide hõivamine olulist rolli rakkude äratundmisel nende arengu ajal. Tulevikus tagab see protsess neuronite ellujäämise, kuna aja jooksul nende maht väheneb, mis võib aksonite rebenemise korral selle esimeste harude korral põhjustada rakkude surma.

Neurotropiinidest esimesena uuriti närvide kasvufaktorit, mis täidab perifeerse sensoorse ja autonoomse närvisüsteemi arengus eriti olulisi funktsioone. Küpsete aju neuronite somas sünteesitakse ajust eraldatud kasvufaktor (BDNF), mis transporditakse nende närvilõpmetesse anterograadselt. Loomkatsetest saadud andmete kohaselt tagab ajust eraldatud kasvufaktor neuronite elutähtsa aktiivsuse, osaledes ainevahetuses, juhtides impulsse ja sünaptilist ülekannet.

Motoorse neuroni sisemine struktuur.
Kujutatud on viit dendriitilist süvendit, kolme ergastavat sünapsit (punasega esile tõstetud) ja viit pärssivat sünapsit..

2. Transpordimehhanismid. Neuronaalse transpordi protsessis täidavad tugistruktuuride rolli mikrotuubulid. Mikrotuubulitega seotud valgud liiguvad ATP energia tõttu organellid ja molekulid mööda mikrotuubulite välispinda. Anterograadne ja retrograadne transport pakuvad erinevat tüüpi ATPaase. Retrograadne transport on tingitud düneiini ATPaasidest. Düneiini kahjustumine põhjustab motoneuronite haigusi.
Neuronaalse transpordi kliiniline tähtsus on kirjeldatud allpool..

Teetanus. Haava saastumine pinnasega võib põhjustada teetanuse bacillus'e (Clostridium tetani) nakatumist. See mikroorganism toodab toksiini, mis seostub närvilõpmete plasmamembraanidega, tungib rakkudesse endotsütoosi teel ja retrograadse transpordi kaudu siseneb see seljaaju neuronitesse. Kõrgemal tasemel asuvad neuronid hõivavad seda toksiini ka endotsütoosi kaudu. Nende rakkude hulgas tuleks eriti märkida Renshaw'i rakke, mis avaldavad motoorsetele neuronitele tavaliselt pärssivat mõju, eraldades inhibeeriva vahendaja - glütsiini..

Kui rakud toksiini absorbeerivad, on glütsiini sekretsioon häiritud, mille tagajärjel lakkab pärssiv toime näo, lõualuu ja selgroo lihaste motoorset innervatsiooni teostavatele neuronitele. Kliiniliselt avaldub see nende lihaste pikaajaliste ja kurnavate spasmidena ning pooltel juhtudel lõpeb patsientide surm mõne päeva jooksul kurnatusest. Teetanust on võimalik vältida õigel ajal vaktsineerimisega õiges koguses..

Viirused ja mürgised metallid. Arvatakse, et retrograadse aksonaalse transpordi tõttu levivad viirused (näiteks herpes simplex-viirus) ninaneelu kesknärvisüsteemi, samuti toksiliste metallide - alumiiniumi ja plii - ülekandumisel. Eelkõige on viiruste levik ajustruktuurides tingitud tagasiminekust interneuronaalsest ülekandest.

Perifeersed neuropaatiad. Anterograadse transpordi rikkumine on üks distaalsete aksonite neuropaatiate põhjustajaid, mille korral areneb pikkade perifeersete närvide distaalsete sektsioonide progresseeruv atroofia.

Nissli keha motoorse neuroni sägades.
Endoplasmaatilisel retikulumil on mitmetasandiline struktuur. Polübibosoomid moodustavad väljakasvu tsisternide välispindadel või asuvad tsütoplasmas vabalt.
(Märkus: paremaks visualiseerimiseks on struktuurid nõrgalt värvitud).

Treeningvideo - neuroni struktuur

Toimetaja: Iskander Milewski. Avaldamise kuupäev: 11/11/2018

Neuron: struktuur, funktsioonid. Neuroni tüübid. Neuroni areng.

Neuron - närvisüsteemi struktuurselt funktsionaalne üksus on elektriliselt erutatav rakk, mis töötleb ja edastab teavet elektriliste ja keemiliste signaalide kaudu.

Väikesest eellasrakust areneb välja neuron, mis lakkab jagunema juba enne oma protsesside vabastamist. (Kuid neuronite jagunemise küsimus jääb praegu vaieldavaks.) Reeglina hakkab kõigepealt akson kasvama ja hiljem moodustuvad dendriidid. Närvirakkude arenemisprotsessi lõpus ilmneb ebakorrapärase kujuga paksenemine, mis ilmselt sillutab teed läbi ümbritseva koe. Seda paksenemist nimetatakse närvirakkude kasvu koonuseks. See koosneb närvirakkude protsessi lamendatud osast, millel on palju õhukesi selgroogu. Mikrospikete paksus on 0,1 kuni 0,2 μm ja nende pikkus võib ulatuda 50 μm-ni, kasvukoonuse lai ja tasane piirkond on laiuse ja pikkusega umbes 5 μm, ehkki selle kuju võib varieeruda. Kasvukoonuse mikrolõikude vahelised vahed kaetakse volditud membraaniga. Mikropiigid on pidevas liikumises - mõned tõmmatakse kasvukoonusesse, teised on piklikud, kalduvad eri suundades, puutuvad aluspinnaga ja võivad selle külge kinni jääda.

Kasvukoonus on täidetud väikeste, mõnikord üksteisega ühendatud, ebakorrapäraste membraanvesiikulitega. Tihedalt takerdunud aktiinfilamentide mass asub otse membraani volditud osade all ja selgroogudes. Kasvukoonus sisaldab ka mitokondreid, mikrotuubuleid ja neurofilamente, mis on sarnased neuroni kehas leiduvatele.

Tõenäoliselt mikrotuubulid ja neurofilamendid pikenevad peamiselt tänu hiljuti sünteesitud alaühikute lisamisele neuroniprotsessi alusesse. Need liiguvad kiirusega umbes millimeeter päevas, mis vastab aeglase aksoni transpordi kiirusele küpses neuronis. Kuna kasvukoonuse keskmine kiirus on ligikaudu sama, on võimalik, et neuroniprotsessi kasvu ajal selle otsas ei toimu mikrotuubulite ja neurofilamentide kokkupanemist ega hävitamist. Ilmselt lisatakse uus membraanimaterjal. Kasvukoonus on kiire eksotsütoosi ja endotsütoosi piirkond, mida kinnitavad paljud siin olevad mullid. Väikesed membraanvesiikulid transporditakse piki neuroniprotsessi rakkude kehast kasvukoonusesse kiire aksonitranspordi vooluga. Membraanimaterjal sünteesitakse ilmselt neuroni kehas, see kantakse vesiikulite kujul kasvukoonusesse ja sisestatakse eksotsütoosi teel plasmamembraani, pikendades sellega närvirakkude protsessi.

Aksonite ja dendriitide kasvule eelneb tavaliselt neuronite migratsiooni faas, kui ebaküpsed neuronid settivad ja leiavad püsiva koha..

Närvirakk - neuron - on närvisüsteemi struktuurne ja funktsionaalne üksus. Neuron on rakk, mis on võimeline tajuma ärritust, muutuma erutuvaks, tekitama närviimpulsse ja edastama neid teistele rakkudele. Neuron koosneb kehast ja protsessidest - lühike, hargnev (dendriit) ja pikk (akson). Impulssid liiguvad alati mööda dendriite raku suunas ja piki aksoni - rakust.

Kesknärvisüsteemi (KNS) impulsse edastavaid neuroneid nimetatakse sensoorseteks või aferentseteks. Motoorne või efferentne neuron edastab impulsse kesknärvisüsteemist efektoritele, näiteks lihastesse. Need ja muud neuronid saavad omavahel suhelda, kasutades interkarone (neuroneid). Viimaseid neuroneid nimetatakse ka kontakt- või vahepealseteks..

Sõltuvalt protsesside arvust ja asukohast jagatakse neuronid unipolaarseks, bipolaarseks ja multipolaarseks.

Joon. 33. Närviraku (neuroni) struktuuri skeem: 1 - dendriidid; 2 - rakukeha (perikarioon); 3 - tagatis; 4 - parietaalrakk; 5 - akson; 6 - aksoni hargnemine

Närvirakk (neuron) koosneb tuumast ja mitmest protsessist koosnevast kehast (perikarioon) (joonis 33).

Perikarion "metaboolne keskus", milles toimub enamik sünteetilisi protsesse, eriti atsetüülkoliini süntees. Rakurahas on ribosoomid, mikrotuubulid (neurotubulid) ja muud organellid. Neuronid moodustuvad neuroblastide rakkudest, millel pole veel väljakasvu. Tsütoplasmaatilised protsessid, mille arv võib olla erinev, lahkuvad närviraku kehast.

Lühike hargnemine protsessid, raku kehale impulsside juhtimist nimetatakse dendrititeks. Õhukesi ja pikki protsesse, mis juhivad impulsse perikarionist teistesse rakkudesse või perifeersetesse elunditesse, nimetatakse aksoniteks. Kui aksonid kasvavad närvirakkude moodustumisel neuroblastidest, kaob närvirakkude jagunemisvõime.

Aksoni otsasektsioonid on võimelised neurosekretsiooniks. Nende õhukesed oksad, mille otstes on tursed, on spetsiaalsetes kohtades - sünapsides - ühendatud naaberneuronitega. Paisunud otsad sisaldavad väikseid atsetüülkoliiniga täidetud vesiikulid, mis täidavad neurotransmitteri rolli. Seal on vesiikulites ja mitokondrites (joon. 34). Närvirakkude hargnenud protsessid tungivad läbi kogu looma keha ja moodustavad keeruka sidemete süsteemi. Sünapside ajal kandub erutus neuronist neuroni või lihasrakkudesse. Materjal saidilt http: //doklad-referat.ru

Joon. 34. Sünaptiline ühendus: 1 - närvikiud; 2 - mitokondrid; 3 - sünaptilised vesiikulid; 4 - sünaptiline lõhe

Neuronite põhifunktsioon on teabe (närvisignaalide) vahetamine kehaosade vahel. Neuronid on vastuvõtlikud ärritusele, see tähendab, et nad suudavad erutuda (tekitada erutust), juhtida erutusi ja lõpuks edastada see teistele rakkudele (närv, lihas, nääre). Elektrilised impulsid läbivad neuroneid ja see võimaldab ühendust retseptorite (ärritust tajuvad rakud või elundid) ja efektorite (ärritusele reageerivad koed või elundid, näiteks lihased) vahel..

Kas te ei leidnud seda, mida otsisite? Kasutage saidi Google'i otsingut:

Neuroni tihedus i aksonite neuron Närviimpulsi Nervova regulatsioon

NEURON - närvisüsteemi peamine struktuuriline ja funktsionaalne element.

Neuron (kreeka keelest. Veen, närv) - närvikliit lastega, budova on kohandatud elektriliste signaalide edastamiseks, võitude saamiseks, testimiseks ja teabe edastamiseks.

Neuroni paksus raseerib membraani ja reageerib nagu Yak Klitin, tsütoplasma, tuum, mitokondrid, ribosoomid, endoplasmaatiline retikulum.

Peamised elundid on neurofibrilleeritud - eriti stringid ja kanalid, mida saab kasutada nubuvidi vormi moodustamiseks ja ärkamise edastamiseks.

Rozmіscheni tuum ruumi keskpunktis, kuid kl_tina märk pole tervislik kuni rozmyshennya aastani.

Suurem buty-rhiznoi vorm (ovaalne, zirchastoї, bagatokutnoї) ja riznyh rozmіrіv (5 - 150 mikronit).

Dentrity (vid grek. Dendron - puu)

Lühikesed, tugevalt juurdunud teismelised, nii et võtke sisemiste neuronite närviimpulss.

Närvi neuroni dendriitide sõnul on vaja jõuda närvidesse.

Dovzhina syagaє 0,01 - 0,50 mm.

Dendriidid on tugevalt juurdunud neuroni keha lähedale, neil võivad olla külgmised viirused (selgroog) ja nii on ka pind, mille peal on kontakt neuronitega.

Axon

Suurema läbimõõduga Dovgy vidrostock, mida saab teha lõpus (synaptic zakinchennya).

Närviimpulss edastatakse neuronisse närvinärvidesse ja tööorganite närvidesse (paneme selle paika).

Dovzhina akson võib inimestel sagatida 1 m.

On veel üks neuronite neuron, millel on üks akson, üks, mille saab juurida ja saata elektrisignaalid kohe viimasele.

Närvikiud - akson, poolkoega kestaga ristmikud.

Bagato aksonіv tegi kestast kõnega mandri, jaki peab perioodiliselt katkendlikult Ran'vit kinni.

• zbudlivost (terviseneuronid shvidko vpnuvati oma võimu, nii et neid saab unustavate laulvate õrritajate sissevooluga unustada);

• aktiivsus närviimpulss (juhtida ja edastada zbudzhennya veenide kaudu neuronitesse).

Neuroni funktsioon on närvi närvisüsteemi närvisüsteemi täitmine neuronile või tööorganile.

Otse infovoogudele: hambaravi -> keha -> akson - - kliitorisõnumid (uued neuronid, nõrk, limane).

Aksoni minimaalse ümbrise väärtus: edastuskiirus on signaalist 5–10 korda suurem, isolaatori viga on väike, kõrgeima märgisega aksoni signaal on nähtav, nii et signaali ei hüpata üle.

Motoneuroni on neuron, mida saab keeltega kritseldada ja mis võib olla dougie axoni.

Funktsioonide neuronid:

Edastage signaal kesknärvisüsteemist organitesse - vikonavtsіv (m'yaz_v abo zaloz).

Tipi vidtsentrovikh neuronid langevad vid reaktsioonidesse, yaki haiseb viklikayut: rukhov_, kuid motoneuron, (minge minge) ja salajane (minge salajase assimilatsiooni juurde).

Vormi taga olevad neuronid: püramiidsed, ümmargused, ümmargused ja ovaalsed.

Kvartiili toimimiseks kasutatavad neuronid: üks vutt (tundlik neuron), kaks vutti (sisestatud neuron), bagato kvoodid (inimeste väikesed neuronid - rukhovi neuronid).

Zagibeli neuroniv.

Neuron - terve inimene, kuna mul on oma tervis natuke kadunud, olen saanud temalt regeneratiivse protsessi, sellepärast on inimese jama närvivapustatud.

Klitini neuronite tüüpiliste tüüpide keskpunkt - rekordiline triviaalsuse elu.

Protez alates 30 rokіv alates sama vanusega inimesed 30-50 jugapuu. närviline kliinik. Ajus on aju närviline ja kõige rohkem närvilisi närve (kuni 30 - 40%) on ajukelme ajukoore leetrites merisiga, mis selgitab närvisüsteemi muutusi, mida tuleb kogu aeg muuta.

TERVE IMPULSE - pot_k elektronіv u nervіy klіtіnі.

Närviimpulss - kõige bioloogilisem kogemus, mingisuguse närviregulatsiooni juhendajad.

Kui kiusaja etendus toimub närvivõrgu keskelt, tekitame elektrilisi närve.

Närviline impulss - lühikese aja jooksul on närvi närvisüsteemi membraanide elektrilaeng väga kiire, spetsiifiline ja lühiajaline.

Võidud kogu närvikiudude pinna ulatuses on sarnased.

Shvidkіst ней ней кол ней кол neuronites levinud närviimpulssid põrkavad 0,5 m / s kuni 120 / / s, see on inimeste reaktsioon р з н ники ники ники май май май май май май. Signaalid skeleti m'yazivile edastatakse.

Impulsi amplituud peaks saama umbes 0,1 V ja triviaalsus 0,001 - 0,004 s.

Närviliste löökide korral sekundis võib võita kuni 1000 närviimpulssi.

Närviimpulsi mehhanism.

Närvirakud jaamas olen rahulikud є polariseerunud neuroni membraani mõlemal küljel іoni Natriy і Kalіy rozpodilenі nerіvnomіrno.

Yakshcho klitina - retseptori sprymaє teaser (valgus, heli, keemiline kõne, mehaaniline dotik), membraan on laulmise ja mähise ajal ärkvel, nii et auastmed on potentsiaalsed, kuid heli on liiga lähedal Susydnya dilyanka membraanid vikonu te sama, ja potyk elektronіv otse sünapsis.

Närviimpulsi olulisus: närvisüsteem edastab teavet ühel kujul teisele.

NERVOVA MÄÄRUS - kogu aeg füsioloogiliste süsteemide tööni närviimpulsside abistamiseks on peidetud organismi kohanemiseks keskele ning elusorganismide näitaja normide vahel.

Närvilise regulatsiooni kroonid:

1) teavet sisemise ja välise vahetarkvara kohta;

2) teabe, teabe, hariduse, vibratsiooni ja varasema teabe, koguduse organisatsioonide programmide analüüs;

4) käsib primaarselt aseainete organismide sihtmärke (m'yazovo kanga ja lageraie klippe).

INIMESTE REGULEERIVAD ZAGALNA TUNNUSJOONED NERVO

Budova neuron beebi

Akson on tavaliselt pikk neuroniprotsess, mis on kohandatud ergutuse ja teabe juhtimiseks neuroni kehast või neuronist täidesaatva organini. Dendriidid on reeglina neuroni lühikesed ja väga hargnenud protsessid, mis toimivad neuronit mõjutavate ergastavate ja inhibeerivate sünapside peamise moodustumiskohana (erinevatel neuronitel on erinev aksonite ja dendriitide pikkuste suhe) ning mis edastavad ergutuse neuroni kehale. Neuronil võib olla mitu dendritit ja tavaliselt ainult üks akson. Ühel neuronil võib olla ühendusi paljude (kuni 20 tuhande) teise neuroniga.

Dendriidid jagunevad dihotoomiliselt, aksonid aga tagaküljed. Harusõlmed on tavaliselt kontsentreeritud mitokondrid.

Dendriitidel puudub müeliinkest, kuid aksonitel võib see olla. Ergastamise tekke koht enamikus neuronites on aksonikolm - moodustumine kehast väljuva aksoni väljutamise kohas. Kõigi neuronite puhul nimetatakse seda tsooni päästikuks.

Synapse on kontakti koht kahe neuroni vahel või neuroni ja signaali vastuvõtva efektorraku vahel. Teenib närviimpulssi kahe raku vahel ja sünaptilise ülekande ajal saab reguleerida signaali amplituuti ja sagedust. Mõned sünapsid põhjustavad neuroni depolarisatsiooni, teised - hüperpolarisatsiooni; esimesed on põnevad, viimased pidurdavad. Tavaliselt nõuab neuroni stimuleerimine ärritust mitmest ergastavast sünapsist.

Selle mõiste võttis 1897. aastal kasutusele inglise füsioloog Charles Sherrington..

Klassifikatsioon. Struktuuriline klassifikatsioon

Dendriitide ja aksonite arvu ja paiknemise põhjal jagunevad neuronid mitteaksoonilisteks, unipolaarseteks neuroniteks, pseudo-unipolaarseteks neuroniteks, bipolaarseteks neuroniteks ja multipolaarseteks (paljud dendriitilised tüved, tavaliselt efferentsed) neuroniteks.

Aksonivabad neuronid on selgroo lähedal rühmadevahelistes ganglionides rühmitatud väikesed rakud, millel puuduvad anatoomilised tunnused protsesside jagunemisest dendrititeks ja aksoniteks. Kõik protsessid rakus on väga sarnased. Aksonivabade neuronite funktsionaalne eesmärk on halvasti mõistetav..

Unipolaarsed neuronid - ühe protsessiga neuronid esinevad näiteks keskmises ajus asuva kolmiknärvi sensoorses tuumas. Paljud morfoloogid usuvad, et unipolaarseid neuroneid ei esine inimkehas ja kõrgematel selgroogsetel..

Bipolaarsed neuronid on neuronid, millel on üks akson ja üks dendriit, mis paiknevad spetsialiseerunud sensoorsetes organites - võrkkestas, haistmise epiteelis ja pirnis ning kuulmis- ja vestibulaarganglionides..

Mitmepolaarsed neuronid on ühe aksoniga ja mitme dendriidiga neuronid. Seda tüüpi närvirakud on ülekaalus kesknärvisüsteemis..

Pseudo-unipolaarsed neuronid on ainulaadsed. Kehast väljub üks protsess, mis T-kohe jaotub. Terve see üksik trakt on kaetud müeliinkestaga ja esindab struktuurilt aksonit, ehkki ergutus piki ühte haru ei pärine mitte neuroni kehast, vaid selle kaudu. Selle (perifeerse) protsessi lõpus on dendriidid hargnenud. Päästikuvöönd on selle hargnemise algus (st asub väljaspool raku keha). Selliseid neuroneid leidub seljaaju ganglionides..

Budova neuron: närvilise kliitori osa laod

Inimeste aju põhikomponent on neuron (insha nazva on neuron). Sama klitiniidid kiidavad kudede närvi heaks. Täiendava abiga neuronite ilmumine є tõelise keskvahemiku, vіdchuvati, eksituse mõtete puudutamiseks. Abi saamiseks edastatakse vastuvõtjale signaal. Hinnasildil neuromediatori. Teades neuroni buddha, selle eripära, on võimalik teada saada krampide probleemi olemust ja protsesse ajukudedes.

Reflekskaarides on neuronil tunnustatud refleks, funktsionaalse organismi reguleerimine. Oluline on teada, et organismides leidub uut tüüpi kliitiini, mida nähakse sellistes vormides, vormis, funktsioonis, funktsioonis ja reaktsioonivõimes. Mi z’yasuєmo nahka vіdmіnnіst, dirigeerib neljas. Närvikoes on neuronid ja neuroglisioonid kätte makstud. Üksikasjalikult näeme Budovat ja neuroni funktsiooni.

Nende tulevase neuroni juhendajad, kellel on eriline spetsialiseerumine unikaalse kliitina. See ei ole elektriliste impulsside juhtimine, vaid esimene generaator. Ontogeneesi käigus kaotasid neuronid võime paljuneda. Kui kehas on suur hulk neuroneid, on erinevad funktsioonid.

Katke neuronid õhukese ja tundliku kaarega tundliku membraaniga. Назї helistage Neurolemmale. Kõik närvikiud ja täpsemalt aksonid katavad minu. Мієлінова kest tuleb säilitada globaalses klіtin. Kahe maja vahelist kontakti nimetatakse sünapsiks.

budova

Kutsuge neuroneid isegi nevichaynі. Neil on є puderid, millest enamus võib varieeruda. Nahk dіlyanka vikonu oma funktsiooni. Neuroni nagadu zіrku vormi taga on jaki Venemaal postіynom. Yogo vorm:

  • soma (tilo);
  • dendriti i aksoni.

Aksonid ja dendriidid буд tulevikus ülekasvanud organismi bensitaolise neuronina. Bioelektriliste signaalide juhtimine on haletsusväärne, ilma milleta ei näe te seda protsessi inimkeeles.

Vidіnі rіznі vidі neurіv. Їх відмінніст karjuvad kuju, rozmіr, kіlkostі dendritіv. Näeme üksikasjalikult Budovat ja neuroneid, mis on paigutatud rühmadesse ja mida teostatakse rohkem tüüpe. Teage, et näete neuroneid ja funktsioone, mis on kergesti nähtavad, nagu aju ja kesknärvisüsteem.

Neuron on keskpunkt, omamoodi bioelektrilise signaali vastuvõtt ja vastuvõtt. Pange tähele, et absoluutselt kõik protsessid on korras ja neid võib tellida esimesena.

Närvikiudude korral on neuroplasm ja üks tuum spoonitud. Teismelised on laulmise funktsioonide osas erilised. Hais läheb kahel viisil - dendriti ja axoni. Nimi dendriidid on seotud kasvu vormiga. Haise nagu puu, jakk on väga kohmakas. Rozmіr vіdrostkіv - panustaks mikromeetrites kuni 1-1,5 m. Dendriitideta aksoniga nupp on embrüo arengujärgus plaaditud..

Zavdannya vіdrostkіv - sprimati, et läbida tühjendus ja viia impulss neurotransmitteri kehasse. Neuroni aksoniks on juhtida närviimpulssi. Neuronil on ainult üks akson, see on emade jaoks. Kui tsomu z’nayavlyaetsya kіlka närvilise zakіnchen (kaks ja enam). Dendriidid võivad küll bagato teha.

Aksoni jaoks lendavad sibulad pidevalt, võideldes ensüümide, neurosekreti, glikoprotei vastu. Haiseb suunaga keskuse poole. Neilt Shvidkіst ruhu deyaki - 1-3 mm doba kohta. Sellist joa nimetatakse jõuks. Yakshcho w shvidkіst rukhu 5-10 mm aastas, vool tuleb viia shvidkoy.

Reeglina satuvad aksonite veenid neuroni nidroni, siis on dendriit udune. Ühel bagatol on väike kepp ja lõpuks on see kõige parem. Keskel sularaha 5-15 dendrit. Haise suttuvo zbіlshyut närvikiudude pinnale. Ise zavdyaki dendriidid, neuronid on kergesti puutumata puutumatu närvi klitssidega. Suure hulga dendriitidega Clitini nimetatakse multipolaarseks. Їх ajus.

Ja polarisatsiooni telg on juurdunud sisemise pea võrku ja seadmesse. Neil on vähem kui üks akson ja dendriit.

Neuronites, näiteks vaiksetes kliinikutes, esinevad organellid. Kõik postilaod ilma haisuta pole tervislikud. Rosaatsise gliboko kõik-ühes klitiini tselluloosid tsütoplasmas.

Neuronites on tuum ümaram, dekondenseerunud kromatiin väidetavalt on kätte makstud. Nahatuum є 1-2, et lõpetada suured tuumad. Tuumades, mis asuvad paljudes vipadides, on diploidne kromosoomikomplekt. Zavdannya tuum - reguleerida termotuumasünteesi sünteesi bіlkіv. Närvilistes kliitudes sünteesivad bagato RNA ja bіlkіv.

Neuroplasm kättemaks rozvinenu struktuuri sisemise ainevahetuse. Siin on bagato mitokondrid, ribosoomid, є Golgi kompleks. Samuti є aine Nіsl, jaki sintezє rohkem kui närvilised klombid. Dana aine asub tuuma lähedal, aga ka keha perifeerias, dendrites. Ilma kõigi nende komponentideta pole mingit võimalust edastada, vaid bi-elektrilise signaali vastuvõtmiseks.

Närvikiudude tsütoplasmas є toetava-krae süsteemi elemendid. Haise roztashovuyutsya sisse tіlі ja vіdrostkami. Neuroplasma on-line kohapealne ladu. Kahe mehhanismi vahel on nihe - ikka ja jälle..

Neuronite püsivat onkoloogiat on võimalik eristada kui sisemise regeneratsiooni modifikatsiooni. Rahvaarv ix at tsomu ei varieeru, et mitte haiseda.

vorm

Neuronites võib olla rohkem moodustusvorme: osad, spindlid, jahutid, pirnivormid, püramiidid jne. Haisud ladustavad rіznі vіddіli pea ja seljaaju:

  • zіrchastі - seljaaju motoorneuron;
  • kulasti ustoryuyut tundlikult klіtini seljaaju ülikoolid;
  • püramiidne ajukoore pood;
  • grushopodnibyut väikeaju kude;
  • spindl siseneda suurte pivkuliste leetrite lattu.

See on klassifіkatsіya. Võitis järgmise nädala numbri neuroni:

  • unipolyarnі (kasvu on vähem kui üks);
  • bіpolyarnі (є paar vіdrostkіv);
  • multipolaarne (bagrostato bagato).

Unipolaarsetel struktuuridel pole dendriite, neid ei pea küpseks saades vaesuma ja embrüo areng on kiire. Doroslikh є pseudo-polar clitini, jaki я üks akson. Vin rozgalyuzhutsya kahel vidros in mіstsі vihoda z klіtnogo tіla.

Bipolaarsetes neuronites on mõlemad üks dendriit ja akson. Їх võib nägemises tunda. Stink edastab impulsside vid fotoretseptorid ganglionilistele klippidele. Ise klitini ganglії upvoryut zorovy närvi.

Suur osa närvisüsteemist on salvestatud multipolaarse struktuuriga neuronitesse. Neil on bagatodendriit.

Rosemiri

Rizny tipi neuroneid saab selgelt näha rosmade taga (5-120 mikronit). Є on isegi lühike ja є on lihtsalt hiiglaslik. Keskmine roos - 10-30 mikronit. Neist olulisemad on motoneuroni (haise є seljaajus) ja püramidi Betz (neid hiiglasi võib leida aju suurtest pöördepunktidest). Ümberhinnatud tipi neuronid, mis tuleb viia võrdluspunkti rukhimi. See on haise, et on tore, et peate vastu võtma närvikiudude bagato-aksonite õppetunni.

Funktsioonide klassifikatsioon

Isnuє takozh klassifіkatsіya neuronіv, jaki vrakhovu їх funktsioonid. Ma näen neuroneid:

Zavdyaki "rukhovim" klitinam tellimus saadetakse mіyazіv zaloz. Haise vіdpravlyayut іmpulsi keskel äärealadele. Ja tundlike klahvide telg on signaal, mis kulgeb sujuvalt perifeeriast keskpunkti.

Otzhe, neuroni klassifikuyut jaoks:

Neuronid ei pruugi paikneda ainult ajus, vaid seljaajus. Hais on ka silmades. Dani klitini vikonuyut vіdrazu kіlka funktsioonid, haise, et salvestada:

  • sprynyattya sovnіshnogo keskmise;
  • rosdratuvannya sisemine meedium.

Neuronid võtavad osa aju ja aju galvanismi protsessist. Otrimany signaalid saadetakse kesknärvisüsteemi robotina, mis on robustselt tundlikud neuronid. Siin vahetatakse impulss ja edastatakse kiu kaudu tsooni. Yogo analizu beslich sisestatud aju või seljaaju neuroneid. Lisan roboti viconє rukhovy neuronisse roboti.

Neuroglia

Neuron pole tervislik, sellepärast on see olnud tugev, kuid närve pole näha. Selleks, ix sõna erilise pensioniga. Põhiülesandega "lapsehoidja" toime tulla neuroglisiooniga. Ei tohi olla närvikiudude vahel.

Tsі dіbnі klіtini vidokremlyuyut neuronite üks vid üks, et liialdada neid omaette. Neil on funktsioonide loend. Zavdyaki neuroglіy zberіgaєsya postіyna loomise süsteemi heli 'tyazhkiv, et kaitsta roztashuvannya, garchuvannya ja vnovnovlennya neuroniv, ilmuda keskkonda mediatori, fagotsüteeritud geneetiliselt halvem.

Seega on Viconi funktsioonide seeria neuroglisioon:

  1. toetus;
  2. vahetatavad;
  3. taastav;
  4. troofiline;
  5. sekretoorne;
  6. Ma tahan seda jne..

Kesknärvisüsteemis säilitavad neuronid syrchinat ja aju piiride taga kogunevad haisud spetsiaalsesse ruumi ja ülikoolid - ganglionid. Dendriti ja axoni saavad bilu kõne. Perifeerias endas ärkavad zavdyaki tsim v_drozhkami kiud, kuna närvid klapivad.

vibud

Inimeste füsioloogia on nende pahaloomulisuse suhtes vaenulik. Mozokist sai evolutsiooni suurim vittor. Organismi on võimalik esindada süsteemi kujul, mis on neurootiline, siis on neuron kollatõve tuum, mille kaudu signaal läbib aju ja tagasi. Їx kui arv on suurem, proovib hais ainulaadselt meie organismi mõõta. Klõpsake mööda tuhandeid signaale. Kogu süsteem on uhkem, lahendus ei piirdu ainult funktsionaalsete funktsioonidega, vaid ka kontaktide ja navigeerimisega.

Ilma neuroniteta pole vaikus lihtsalt võimeline ennast ülal pidama, mistõttu on teie närvisüsteemi leeri kohta pidev arutelu. Oluline on õigesti välja juurida, unikaalseks muuta, uuesti stressi tekitada, stressi tekitada ja samal ajal likuvati zhvoryuvannya.

Neuroni anatoomia

Kopeerimisi ei leitud

Jahe, kahtlemata, aga kuradi pole selge. Teadmatu inimese jaoks on see lihtsalt terminite ja piltide komplekt.

Närvirakk - neuronil on reeglina selline struktuur nagu viimasel slaidil: keha, neuroni kõige ulatuslikum osa, sisaldab tuuma ja kõiki organoide, mis pakuvad bioloogiliselt aktiivsete ainete sünteesi. Peamine omadus - erutuvus - on seotud nii keha omaduste kui ka rakumembraani struktuuridega.
Eelviimasel pildil on kujutatud erinevat tüüpi neuroneid, kuid lihtsuse huvides võib kaaluda bipolaarseid: neil on 1 dendriit (lühisignaali sisend) ja 1 akson (pika signaali väljund). Erinevate rakkude dendriitide ja aksonite lähenemise kohas on sünaps, eri rakkude membraanide vaheline ruum on sünaptiline lõhe.
Tavaliselt on erutusimpulss lihtsalt rakumembraani laengute rütmiline muutus; laengu suurus reguleerib raku enda biokeemilisi protsesse. Tavaliselt algab närviimpulsi genereerimine aksoni alusest, mööda mida hakkab voolama kohalik elektrivool. Aksoon on sõna otseses mõttes mähitud Schwani rakkudesse (närvi "kaabli" rasvaisolatsioon), Schwani rakkude vahele - Ranvieri pealtkuulamised, milles isolatsiooni pole. Kuna eraldamata lõigud asuvad üksteisest kaugel ja neil on madal takistus, liigub elektriimpulss tohutute hüpetega (kuni 100 m / s), jõudes sünapsi ees olevasse aksonimembraani (presünaptiline membraan).
Kui impulss jõuab presünaptilisele membraanile, vabaneb sünaptilisse lõhesse neurotransmitter (signaalmolekul), mis on võimeline kinnituma ainult kindla retseptori külge. Pärast vahendaja sidumist dendriitmembraanil soovitud retseptoriga moodustab viimane signaali (sama laengumuutus), mis läheb dendriidilt kehasse, kehast aksoni alusesse, sealt mööda aksonit ise jne..
Seda lihtsustamiseks.

Ma ei kohanud otseselt neurofüsioloogiat käsitlevat populaarteaduslikku kirjandust.
Huvi sõltub ainult subjekti teadmistest ja mõistmisest (või soovist mõistmise puudus kõrvaldada).

Kamkini kirjutatud "Fundamentaalne ja kliiniline füsioloogia" kirjutati üsna täielikult ja hõlpsalt: seal on biokeemia põhitõed, närvivõrgu mudelitena on olemas primitiivsed elektriahelad ja närvisüsteem on seal maalitud 200+ lehekülje jaoks.

Mehhanoretseptorid võivad membraanipooride banaalse venituse tõttu muuta impulsside sagedust. Ma ei komistanud temperatuuriretseptori selge selgituse poole.

Parimad uuritud kuulmis- ja valguseretseptorid.
Pimedates tingimustes on silma koonused ja vardad püsivas depolarisatsioonis, kuna kaaliumi / naatriumi pumpa kompenseerib kaltsiumi / naatriumi kanal, mille töö sõltub cGMP olemasolust tsütoplasmas. Sensoorse raku eksponeerimisel ergastavad valguse kvandid opsiini valke (sõltuvalt valgusspektrist “punane”, “roheline” või “sinine”); opsiinid isomeeritakse, muutudes seotuks transduiinvalkudega, mis omakorda aktiveerivad cGMP fosfodiesteraasid. Viimaste kontsentratsioon väheneb, naatriumi sisend peatub, rakk hüperpolariseerub, mis tähendab, et see lakkab vahendamast "mürast" võrkkesta neuronitele, mida peetakse signaaliks.

Piltidel 12 meetodit: neurobioloogia

15. september 2017

Piltidel 12 meetodit: neurobioloogia

  • 5510
  • 4.1
  • 9
  • 14
Autorid
Toimetajad

Kuni täieõigusliku tehisintellekti loomiseni jääb aju ainsaks mõtlemissüsteemiks, mis suudab vähemalt proovida enda sisse vaadata ja oma seadme teadvustada. Selle ülesande ulatus on heidutav. On ebatõenäoline, et ükski Universumi objekt suudaks oma keerukuses inimese ajuga võrrelda. Milliste meetoditega uurime omaenda aju toimimist?

Piltidel 12 bioloogilist meetodit

Tsükli üldpartner on Diaem: suurim bioloogilisteks uuringuteks ja tootmiseks vajalike seadmete, reagentide ja tarvikute tarnija.

Biomolekuli üks peamisi ülesandeid on jõudmine päris juurteni. Me ei räägi ainult sellest, milliseid uusi fakte teadlased avastasid - räägime sellest, kuidas nad need avastasid, proovime selgitada bioloogiliste tehnikate põhimõtteid. Kuidas saada geeni ühest organismist ja sisestada teise? Kuidas jälgida hiiglaslikus puuris mitme pisikese molekuli saatust? Kuidas erutada ühte pisikest neuronite rühma tohutul ajus?

Ja nii otsustasimegi rääkida laboratoorsetest meetoditest süsteemsemalt, koondada ühte rubriiki kõige olulisemad, moodsaimad bioloogilised meetodid. Huvitavamaks ja visuaalsemaks muutmiseks illustreerisime artikleid tihedalt ja lisasime mõnes kohas isegi animatsioone. Soovime, et uue jaotise artiklid oleksid huvitavad ja arusaadavad isegi juhuslikule möödujale. Ja teisest küljest - nii detailsed, et isegi professionaal võiks neis midagi uut avastada. Oleme tehnikad kokku kogunud 12 suures rühmas ja kavatseme nende põhjal koostada biometoodilise kalendri. Oodake värskendusi!

Oleme viis, kuidas kosmos iseennast tunneb.
Karl Sagan

Neurobioloogia on tänapäeval üks keerukamaid ja samal ajal hingemattevaid teadusvaldkondi. Inimese keskmises ajus olevate neuronite arv läheneb sajale miljardile ja nendevaheliste ühenduste arv ulatub triljoniteni [1]. Selle uskumatu supersüsteemi tööd saab uurida väga erinevatel tasanditel: struktuuri- ja molekulaarbioloogia, tsütoloogia ja elektrofüsioloogia on tihedalt seotud. Neurobioloogia nähtuste ühe nurga alt läbi vaatamine pole sageli lihtsalt mõttekas. Kõik see seletab ainulaadset interdistsiplinaarset meetodit, mis on iseloomulik neuroteadusele..

Neuromikroskoopia

Aus on alustada meie narratiivi kõige varasema ja võib-olla kõige rohkem teeninud neurobioloogiliste meetodite rühmaga - neuromikrokopiaga. Mikroskoopia on meie eriprojekti [2] eraldi väljaande objekt, samas artiklis keskendume ainult selle rakendustele aju uurimisel. 19. sajandi keskel võimaldas mikroskoopia areng kirjeldada peaaegu kõigi kudede peeneid struktuure, kuid närvikoe oli ikkagi "sitke pähkel", kangekaelselt ei andnud ta uuringutele järele. Selle salapäraseid rakke praktiliselt ei värvitud, esitades teadlaste silmis ainult häguse, amorfse pildi mikroskoobi okulaaris. Kõik aga muutus, kui 1872. aastal avastas itaalia tsütoloog Camillo Golgi oma kuulsa “musta reaktsiooni” [3]. Aju fikseeritud sektsioonide immutamine nõrga hõbenitraadi lahusega andis mõnedele närvirakkude kehadele süsi musta värvi, mis on heledal taustal selgelt nähtav. Meetodit on üksikasjalikult kirjeldatud tema 1886. aasta monograafias [4].

Sellest põhiteosest väljumine andis plahvatava pommi tagajärje - vaidlused närvisüsteemi olemuse üle puhkesid uue jõuga. Pooled jagunesid kahte leeri: mõned pidasid arvamust närvikoe retikulaarstruktuuri kohta, uskudes, et see on üksteisega liidetud rakkude süntsütium. Neile vastandusid neuronaalse teooria pooldajad, kes olid kindlad, et närvikoe koosneb eraldi, ehkki kontaktidest, neuronirakkudest. Golgi oli esimese hüpoteesi tulihingeline toetaja, kuid iroonilisel kombel aitas tema vastaste teooriat tõestada just neuronite hõbedase kasutamise meetodi avastamine. Ja võib-olla andis peamise panuse närvikoe struktuuri neuronaalse teooria arendamisse Golgi üks peamisi teaduslikke vastaseid - Hispaania uurija Santiago Ramon-i-Cajal [5]. Tema vaevarikkad tähelepanekud, samuti vaadeldud preparaatide täpsed ja elegantsed visandid (joonis 1) (noorpõlves sai temast peaaegu kunstnik) tõestasid neuronite individuaalsust. On sümboolne, et kaks omavahel vastuolus olevat vastast jagasid 1906. aasta füsioloogia või meditsiini Nobeli preemia sõnastusega: "Närvisüsteemi ülesehitustööde tunnustamiseks". Lühidalt on peamised avastused neurobioloogia valdkonnas kokku võetud joonisel 2..

Joonis 1. Hõbetamisega värvitud närvirakud. Ramon-i-Cahali joonistused.

Joonis 2. Neurobioloogia tähelepanuväärsemad avastused. 1886 - C. Golgi avastab neuronite hõbedase kasutamise meetodi. 1912 - J. Bernsteini “Membraani hüpotees”. 1924 - G. Berger saab esmakordselt inimaju elektroencefalogrammi. 1948–1949 - Esimene töö inimese aju elektrilise stimulatsiooni alal, Milneri ja Oldsi katsed rottidega. 1952 - Hodgkini ja Huxley aktsioonipotentsiaali mudel. 1973 - MR-tomograafi loomine. 1975 - loodi meetod monoklonaalsete antikehade (Köhler ja Milstein) tootmiseks; lansseeris esimese täieõigusliku PET-skanneri. 1981 - Neer ja Sackman loovad plaasterklambri meetodi. 1992 - Klooniti roheline fluorestsentsvalk (GFP). 2005 - K. Dyserrot paneb aluse optogeneetikale. 2007 - Lichtman ja Sainz loovad Brainbow meetodi. 2013 - C. Dyserrot kirjeldab meetodit CLARITY.
Täissuuruses pildi nägemiseks klõpsake sellel..

Afiinsusplekid

Võib-olla osutus “Golgi meetod” kõige pikaajalisemaks neurobioloogia meetodiks. Muidugi, see pole enam ammu enam ainus viis neuronite värvimiseks, kuid seda kasutatakse endiselt aktiivselt, kaotamata oma olulisust isegi ligi pooleteise sajandi pärast [6]! Aju kohta teadmiste kogunemisega teadlaste nõudmised aga kasvasid: üha enam uuringuid nõudis vajalike rakustruktuuride sihtimist ja ideaaljuhul ainult teatud valkude värvimist. Mõnikord seob värvaine ise sihtmärgiga. Selline sulandus fluorestsentsvärviga tioflaviin T, millel on afiinsus β-amüloidvalgu suhtes, mis akumuleerub ajus Alzheimeri tõve hilises staadiumis [7], [8]. On selge, et sellised näited on pigem erand reeglist. Aga mis siis, kui me ühendame helendava molekuli mõne ühendiga, millel on erakordne afiinsus meid huvitava valgu suhtes? Neurotoksiinidest ja antikehadest said sellised täpsed "kullerid", kes toimetasid värvi täpselt aadressile. Fakt on see, et paljud looduslikud neuroparalüütilised toksiinid on ülitõhusad retseptorvalkude blokaatorid, millel on sageli kõrge afiinsus ainult teatud tüüpi sihtretseptorite suhtes [9]. Näiteks mao α-bungarotoksiin seostub peaaegu kenasti lihaste ja aju nikotiinsete atsetüülkoliini retseptoritega, võimaldades neid lõikudeks värvida ja märgistada radioaktiivsete isotoopidega [10], [11].

Tasub öelda, et märgistatud toksiinide kõigi mugavustega on nende kasutamise ulatus piiratud sihtvalkude arvuga, mis teeb neist võimsa, kuid siiski väga spetsiifilise tööriista. Mida ei saa antikehade kohta öelda (joonis 3). Antud antigeenide monoklonaalsete antikehade [12] tootmiseks tehnoloogiate väljatöötamine 1970. aastate keskel pööras kogu kaasaegse bioloogia ja meditsiini tagurpidi, jätmata tähelepanuta neurobioloogiat. Nende fluorestsentsmärgistatud derivaate kasutades said teadlased reaalse võimaluse värvida spetsiifiliselt praktiliselt kõiki valke üksikute rakkude ja koelõikude sees [13]. Kuid nagu alati, on antikehadel hoolimata teoreetilisest universaalsusest palju puudusi, mis piiravad nende kasutamist.

Joonis 3. Neuronaalse kultuuri afiinsusvärvimine antikehadega.

Antikehade tootmine ise on väga pikk, vaevarikas ja mitte alati etteaimatav protsess, nii et enamiku valkude jaoks pole lihtsalt kaubanduslikult saadaval antikehi. Lisaks ei suuda tohutud antikehade makromolekulid põhimõtteliselt läbi plasmamembraani liikuda elavasse rakusse, mistõttu nende töö rakusiseste valkudega on võimalik ainult fikseeritud preparaatide korral. Jah, ja värvi heledus jätab palju soovida - üksikud lahtrid pole eriti nähtavad. Igal aastal tahtsid neuroteadlased üha enam vaadata elavat fikseerimata aju. Ja siin tuli appi molekulaarbioloogia.

Diaem: Abcami antikehad ja plekid neuronaalsete kudede histoloogiliste preparaatide värvimiseks

  • Antikehad ja reaktiivid mikrogliaalsete markerite uurimiseks
  • Antikehad ja reaktiivid astrotsütaarsete markerite uurimiseks
  • Antikehad ja reaktiivid Parkinsoni tõve uurimiseks
  • Konformatsioonispetsiifilised antikehad alfa-sünukleiinfilamentide uurimiseks
  • Reaalajas beeta-amüloidi kuvavad NIRF-sondid

Materjali pakub partner - Diaem ettevõte

Neurobioloogia molekulaarbioloogilised meetodid

Esimese fluorestsentsvalgu geen - UV-valguses roheline GFP - klooniti 1992. aastal [14]. 2000. aastate keskpaigaks oli molekulaarbioloogide käsutuses terve palett erinevaid fluorestsentsvalke [15]. 2008. aastal said nad fluorestsentsvalkudega töötamise eest Nobeli preemia [16]. Mitmevärviliste fluorestsentsvalkude ühine ekspressioon neuronites võib anda terve rea varjundeid, mis on nähtavad isegi fikseerimata preparaatide korral. Neid ideid ellu viinud meetodit kirjeldas 2007. aastal üks grupp Harvardi ülikooli ja sai meeldejääva nime Brainbow [17]. Kassett lisati transgeensete hiirte genoomi mitme fluorestsentsvalgu geenidega, mis olid eraldatud lox-rekombinatsiooni saitide abil. Kui Cre rekombinaasi geeniga hiired joonega ristati, saadi järglasi, kes kandsid nii rekombinaasi geeni kui ka “mitmevärvilist” kassetti. Pärast rekombinaaside esilekutsumist lõigatakse geenid juhuslikult, vahetatakse või isegi pööratakse samadesse lox-kohtadesse. Sel juhul jääb aktiivsesse olekusse ainult geen, mis on süsteemi ainsale promootorile kõige lähemal. See on see, mida rakk väljendab, pannes selle oma värviga särama. Kui rakus on mitu kassetti, annab iga neist aktiivse geeni juhuslik valimine muljetavaldava rakuvärvi spektri. Üksikute neuronite luminestsents loob konfokaalseks mikroskoopiaks hämmastava rindejoone - saate paljastada igaühe väikseimad morfoloogilised tunnused ja isegi jälgida üksikute aksonite ja dendriitide teekonda. See koos võimaldas aju närviskeemide struktuuri täielikult kaardistada [18]. Ja muutis samal ajal fotod histoloogilistest preparaatidest tõeliseks moodsa kunsti teoseks (joonis 4)!

Joonis 4. Ajuvarre meetod toimimises. Kaks valget ainet (neuronite protsessid) ja nende vahel olev halli aine kiht (neuronite kehad) on selgelt nähtavad.

Joonis 4. Ajuvarre meetod toimimises. Kaks valget ainet (neuronite protsessid) ja nende vahel olev halli aine kiht (neuronite kehad) on selgelt nähtavad.

Kuid isegi sellise võimsa meetodi jaoks nagu Brainbow on hiire aju enamasti liiga keeruline, seetõttu kohandati meetodit lihtsamate laboratoorsete objektide jaoks - Danio rerio kala ja Drosophila melanogaster kärbsed [19].

Nutikatele lugejatele ei ole biomolekulid ilmutus, et mikroskoopiliste uuringute jaoks tuleb kude enamasti lõigata väga õhukesteks osadeks. Suurema osa ajust moodustavad neuronite ja glia rakuseinte lipiidid. See lipiidide tihe mass on tugev takistus osakeste difusioonil, mida kasutatakse märgistamiseks või värvimiseks. Ja aju lipiidkomponent ise on valguse jaoks halvasti läbipaistev - isegi elusate kudede sügavate kihtide visualiseerimiseks kavandatud kahefotoonne lasermikroskoopia suudab aju sügavust vaadata ainult 800 mikroni juures [2], [20]. Lühidalt öeldes - lõviosa närvikoega histoloogilisest tööst kuni viimase ajani oli hukule määratud, et alustada lõikude fikseerimise ja valmistamisega. Sellepärast on neurofüsioloogid juba pikka aega toitnud tugevat armastust lihtsate ja, mis kõige tähtsam, läbipaistvate mudeliobjektide nagu Caenorhabditis elegans usside või Danio rerio kala praadimise vastu. Hiljuti ilmunud CLARITY-meetod (joonis 5) on aga võimeline muutma iga hiire aju sama puhtaks ja selgeks kui munadest värskelt koorunud sebrakala.

Joonis 5a. SELGUS: imiku läbipaistvad pisarad. Selgusmeetodi abil saab hiire aju muuta peaaegu läbipaistvaks.

Joonis 5b. CLARITY kasutamine koos fluorestsentsmikroskoopiaga pakub hämmastavaid pilte.

Üks 2013. aasta artiklis kirjeldatud meetodi “isadest” on optogeneetika looja (räägime sellest hiljem) Karl Deisserot [21]. SELGUSE olemus on see, et ettevalmistatud aju fikseeritakse formaldehüüdiga, et need "vilguksid" ja hoiaksid valke ja nukleiinhappeid oma kohtades, samuti on nad küllastunud geeli kandja monomeeride lahusega, mis peaks väidetavalt mängima "maatriksi" rolli, pärast mida käivitatakse polümerisatsioonireaktsioon. Pärast seda sulatatakse ajukoe sõna otseses mõttes läbipaistva hüdrofiilse akrüülamiidi kandva geeliga. Seejärel viiakse ajuga plokk või õigemini koe-geeli hübriid elektroforeesile ioonse puhastusvahendi juuresolekul (tuttav kõigile SDS-idele). Mitme päeva jooksul pigistavad elektrivälja juhitavad SDS-mitsellid läbi koe-geeli hübriidi, pestes sellest lipiide. Väljundis saame peaaegu läbipaistva ploki, mis sobib igat tüüpi fluorestsentsmikroskoopia jaoks. Üksifotonmikroskoopia suudab juba uurida sellist ravimit 3,6 mm sügavuselt ja mitte 50 mikroni sügavusele, nagu see on loodusliku “läbipaistmatu” aju puhul.

Lisateave programmiga Diaem: Neuroscience Scientific Webinars

  • Immunofluorestsents-tomograafia neuronaalsete kudede uurimisel
  • Autofagia: kaitsja neurodegeneratiivsete protsesside arendamisel
  • Tervete organite ja organismide visualiseerimine, kasutades uDISCO kudede pleegitamise tehnoloogiat
  • Aksonite transpordi orientatsioon Alzheimeri tõve korral
  • Tau valkude bioloogia ja patoloogia Alzheimeri tõve korral
  • Valu mõistmine: mendeli valuhäired (1. osa)
  • Valu mõistmine: mendeli valuhäired (2. osa)
  • NNMT roll mitokondrite bioenergias Parkinsoni tõve korral

Materjali pakub partner - Diaem ettevõte

Elektrofüsioloogia

Niisiis, võime kindlalt öelda, et neuron on närvisüsteemi elementaarne funktsionaalne üksus. Kaasaegse neuromikroskoopia võimsus näitab meile, kuidas see välja näeb, ja mõnikord isegi demonstreerib selle seoseid teiste neuronitega. Kuid ta ei ütle tema töö kohta peaaegu midagi. Kuidas neuronid teavet juhivad ja töötlevad? Selgus, et elekter mängib selles võtmerolli. Ja siin, kui oleme hakanud rääkima elektrofüsioloogiast, peame jälle uurima sügavale ajalukku, pöördudes tagasi algusse.

1840-1860 aastatel näitasid Hermann Helmholtzi ja Emil Dubois-Raymondi katsed selgelt, et närvirakud on võimelised tekitama elektrilisi impulsse. Nende kogemuste ja ka oma töö põhjal avaldas nende õpilane Julius Bernstein 1912. aastal oma “membraanhüpoteesi” [22]..

See põhines eeldusel, et närviraku membraanil on selektiivne läbilaskvus erinevate ioonide suhtes. Ilmuvad ioonilised gradiendid, eriti kaaliumi katioonid, viivad selleni, et membraani sisemine osa võtab vastu negatiivse laengu ja väline - positiivse. Bernstein suutis seadme, mille ta ise kujundas - "diferentsiaalse retoomi" - abil, mõõta transmembraanse puhkepotentsiaali suurust [23]. See oli umbes –60 mV. Bernstein väitis, et sarnase membraanilaenguga raku stimuleerimine viib selle membraanis mõnede "pooride" avanemiseni, mis juhivad naatriumi- ja klooriioone [24]. Selle tulemusel kaotab membraan kiiresti potentsiaalide erinevuse, deponeerudes ja sel juhul saab tuvastada voolava elektrivoolu. Seda praegust, kaasnevat lihaste kokkutõmbumist ja närvirakkude funktsiooni, nimetas Bernstein "toimevooluks" [22].

Bernsteini hüpotees oli suuresti prohvetlik. Tõeline läbimurre elektrofüsioloogias leidis aset aga alles nelikümmend aastat hiljem koos kaheelektroodilise potentsiaalide fikseerimise meetodi leiutamisega. Ta tegi tõelise revolutsiooni ja hoolimata oma auväärsest vanusest, olles üle elanud mitu modifikatsiooni, kasutatakse seda endiselt.

Nagu teaduses sageli juhtub, ajendas teadlasi uue meetodi loomist leidma sobiv õppeobjekt. 1936. aastal avastati hiiglaslikud kalmaaride aksonid (joonis 6) [25]. Selgus, et selline peajalgsete veider evolutsiooniline omandamine on elektroodide ettevalmistamiseks ja pealekandmiseks äärmiselt mugav - aksonite läbimõõt ulatub tüüpilise mitme mikromeetriga võrreldes koguni 1 mm-ni. Peagi õnnestub Alan Hodgkinil ja Andrew Huxley peaaegu samaaegselt Kenneth Cole'i ​​ja Howard Curtisega luua miniatuursed elektroodid ja sisestada need aksonisse. Mõlemad rühmad registreerivad iseseisvalt neuroni aktsioonipotentsiaali ja avaldavad nende tulemused aastatel 1939 ja 1940 [26], [27]. Lõpuks, 1949. aastal kirjeldavad Kenneth Kohl [28] ja George Marmont [29] kaheelektroodilise potentsiaali fikseerimise meetodit..

Joonis 6. Hiiglaslik aksonite kalmaar. Akson on neuroni piklik protsess, mille mööda aktsioonipotentsiaal (AP) ulatub neuroni kehast rangelt suunas. Aktsioonipotentsiaal ise on membraanipotentsiaali muutus, mis levib lainetes piki aksoni. Sel juhul muutub membraani potentsiaal membraani piirkonnas kiiresti väärtuselt –70 mV (vastab umbes K + tasakaalupotentsiaalile) väärtuseni +40 mV (lähedane Na + tasakaalupotentsiaalile) ja vastupidi.

Meetodi nimetus (kahe elektroodi potentsiaalide fikseerimine) peegeldab selle olemust - kaks elektroodi sisestatakse soolalahusega vannis lebavasse aksonisse. Üks neist, töötades koos rakuvälise tugielektroodiga, mõõdab pidevalt rakumembraani potentsiaalset erinevust. Teist elektroodi on vaja voolu sisestamiseks kambrisse ja seeläbi potentsiaali hoidmiseks eksperimentide seatud tasemel. Seetõttu lühendatakse meetodi ingliskeelset nimetust sageli voltage clamp. Niipea kui esimene elektrood registreerib potentsiaalse erinevuse muutuse, annab seadme elektrooniline seade voolugeneraatorile käsu toestava impulsi sisestamiseks läbi teise elektroodi. See tähendab, et kahe elektroodi vahel asub negatiivne tagasiside silmus. Selline süsteem on väga stabiilne ja võimaldab registreerida ioonvoolud väga erineva takistusega rakkude membraanide kaudu. Uue meetodi jõud avaldus Hodgkini ja Huxley töödes, kes lõid selle abil 1952. aastal neuroni aktsioonipotentsiaali matemaatilise mudeli [29]. 1963. aastal tõi see töö neile Nobeli füsioloogia või meditsiini preemia..

Kahe elektroodiga salvestusmeetod on läbi teinud palju täiustusi ja on endiselt kasutusel ka tänapäeval. Membraanil potentsiaalierinevuse (pingeklambri) fikseerimise viis on ideaalne membraani ioonkanalite elektrofüsioloogiliste omaduste uurimiseks. Kuid paljud ülesanded, näiteks neuroni aktsioonipotentsiaali uurimine, nõuavad potentsiaali fikseerimist fikseeritud voolu väärtusel, seega võimaldavad enamus kaasaegseid võimendiid töötada ka praeguses klambri režiimis. Paljuski peegeldatakse neid kahte režiimi: vooluklambris hoitakse voolu konstantsel tasemel, potentsiaal registreeritakse ja vastupidi pingeklambris. See meetodi pisut harvem modifikatsioon muutub asjakohaseks näiteks närviimpulsside juhtivuse uurimisel neuronite protsessides.

Soolalahusega täidetud klaasist hõbekloriid-elektroodide kasutuselevõtt võimaldas seda meetodit kasutada väiksematel objektidel. Ja molekulaarbioloogia areng 1970ndate alguses andis elektrofüsioloogidele üldiselt peaaegu universaalse mudeli mis tahes ioonikanalite uurimiseks. Selgus, et Xenopus laevis munarakud (munad) kannustavad konni pärast maatriksi RNA või rekombinantse plasmiidse DNA sisestamist soovitud ioonkanali geeniga, mis paljudel juhtudel ekspresseerib neid edukalt oma membraanil [30]. Suur paljas silmaga nähtav ootsüüt teeb sellesse kahe klaasielektroodi sisestamise lihtsaks ja mõõdab kindlalt kanalite elektrofüsioloogiliste omaduste muutust erinevate toksiinide või neurotransmitterite mõjul. Ootsüüdid eristuvad hõlpsalt konnade munasarjadest, on nende suuruse tõttu mugavad töökorras ja ekspresseerivad hõlpsasti mitmesuguseid ioonkanaleid, mis teeb neist elektrofüsioloogide jaoks peaaegu universaalse mudeliobjekti (joonis 7).

Joonis 7. Töö skeem, kasutades pingeklambri meetodit munarakudel Xenopus laevis. Uuritud ioonikanali geen plasmiidse DNA või mRNA kujul sisestatakse munarakku mikroinjektori abil. Järgmise päeva jooksul - tavaliselt 24–72 tundi - pannakse ioonikanalid kokku ja munarakk muutub sobivaks elektroodide sisestamiseks ja konkreetsete ioonvoolude uurimiseks..

Hodgkini ja Huxley uuringud viisid järeldusele ioonikanalite kriitilise tähtsuse kohta nii aktsioonipotentsiaali genereerimisel kui ka potentsiaalse erinevuse ilmnemisel membraanil. Kaheelektroodiline registreerimismeetod annab aga aimu ainult paljude tuhandete ioonikanalite keskmisest aktiivsusest raku pinnal. Lisaks läbistavad kaheelektroodilises registreerimises kasutatavad suured klaasielektroodid läbi plasmamembraani ega võimalda töötada „traditsiooniliste” mõõtmetega elementidega (joonis 7). Kui saaks kasutada ühte elektroodi, siis nii vähe, et see registreeriks ühe ioonikanali voolu? Seda fantaasiat kehastas plaasterklambri meetod - kohaliku potentsiaali fikseerimise meetod.

Tema eelkäijaks olid Alfred Strickholmi katsed, mida tehti 1960. aastate alguses. Nendes kasutas ta mikroelektroodidena mitme mikromeetrise ava läbimõõduga klaaspipette (joonis 8).

Joonis 8. Mikrokapillaari valmistamiseks kuumutatakse toruna vormis klaasvormi volframispiraali abil ja tõmmatakse välja tõmbeklambri abil (mikrosepik).

Sellise kapillaari otsa lihaskiudmembraanile vajutades õnnestus Strickholmil saavutada pipeti otsa sattunud membraaniosa elektriline isoleerimine [31]. Membraani osa absorbeerimine elektroodi viib membraani purunemiseni ja tsütoplasma kokkupuutel pipeti sees oleva puhvriga. Selle tulemusel saab mudelraku tsütoplasma peaaegu täielikult asendada kontrollitud koostisega lahusega [32]. Samal ajal täiustatakse võimendid, mis võimaldab töötada pingeklambri meetodil ühe elektroodiga [33]. Lõpuks kirjeldavad 1970. – 1980. Aastate vahetusel Erwin Neher ja Bert Sackman plaastriklambri meetodit (joonis 9) [34]..

Joonis 9. Plaastriklambri meetodi valikud. Rakukinnitusega konfiguratsioon hõlmab tiheda kontakti loomist mikropipeti seinte ja membraani vahel. Sel juhul jõuab selle kontakti takistus gigma väärtuseni. Rakukinnitusega saab hõlpsasti muuta seestpoolt väljapoole, eemaldades mikropipeti kiirelt rakust ja tõstes selle puhvrist õhku, mille käigus osa membraanist puhkeb plasmalemmast välja. Kui rõhk mikropipeti sees väheneb, puruneb membraan kergesti ja kinnitunud rakk läheb kogu rakku. On oluline, et rakkude mahtude ja mikropipeti sisu olulise erinevuse tõttu asendaks pipetti täitev puhver peaaegu täielikult raku tsütoplasma. Pipeti aeglase eemaldamise tõttu rakust, membraanilõikude eraldamise ja nende järgneva vajumise tõttu saab kogu raku muundada väljapoole.

Plaastriklambri meetodi üheks peamiseks “kiibiks” on supertiinklaasist mikroelektroodide kasutamine, mille lõpuava läbimõõt on 1-2 mikronit. Kui sellise pipeti ots on rakumembraaniga kokkupuutel ja selles olev rõhk vähenedes täiesti ühtlane ja puhas, kleepub see kergesti membraani külge, moodustades väga kõrge elektritakistusega kontakti („gigaoma kontakt“). Sellise kapillaariga kaetud membraani osa nimetatakse plaastriks ja selle pindala on alla 10 μm 2. See tähendab, et suure tõenäosusega võib see olla üks ioonikanal. Seda konfiguratsiooni nimetatakse rakuatašeeks ja see võimaldab teil registreerida ioonvoolud, mis läbivad pipetiga kaetud pipette.

Pärast rakuatašee saavutamist saate mikropipeti rakust kiiresti ära suunata; siis tuleb ära selle otsa katva membraani tükk: selle rakuväline osa pestakse kapillaari täitva puhvriga ja rakusisene osa on lahuses, mis täidab vanni, millesse rakud on sukeldatud. Sellise pipeti saab üle viia teise vanni - puhvriga, mis simuleerib raku tsütoplasmat, ja vajadusel muuta selle koostist. Kuid pipetti täitva rakuvälise puhvri koostise muutmine ei ole sel juhul nii lihtne - selleks peate võtma uue pipeti ja uue lahtri. Seda meetodi varianti nimetatakse seest-välja. Nad saavad uurida näiteks potentsiaalsest sõltuvaid ioonkanaleid ja nende aktiivsuse reguleerimise mehhanisme kunstliku “tsütoplasma” abil.

Närvisüsteemis mängivad kõige olulisemat rolli ligandi juhitavad ioonkanalid. Nendel retseptorvalkudel on ioonselektiivsed poorid, mille läbilaskvust saab kontrollida ainete - ligandide abil. Kui tahame uurida, kuidas ligandi juhitavad ioonikanalid reageerivad erinevatele liganditele (näiteks vahendajatele või toksiinidele), on meil mugav kasutada kogu raku konfiguratsiooni („terve rakk”). Sel juhul vähendame pärast rakuatašee saavutamist veelgi väiksemat rõhku mikropipetis ja selle tagajärjel selle sees olev membraan rebeneb. Pärast seda asendab pipeti puhver osaliselt tsütoplasmat. Uuritud ainete lisamisel raku pesemislahusele saame hõlpsalt joonistada retseptori reageerimiskõveraid ligandi erinevate annuste jaoks. Kui soovime varieerida mudeliraku tsütoplasma koostist, võime muuta pipetti täitva rakusisese puhvri koostist. Kuid sel juhul peab puhver iga valiku jaoks kasutama uut pipeti ja uut lahtrit.

Lõpuks, kui tahame uurida rakuväliste ligandide mõju ühe ligandi juhitavale ioonikanalile, vajame välist konfiguratsiooni. Esiteks jõuame kogu raku olekusse ja tõmmake seejärel pipeti aeglaselt välja. Membraan venib pärast seda, venitades toruks, kuni see puruneb, moodustades väikese mulli, mis ripub pipeti elektroodi otsas. Sel juhul, nagu kogu rakus, jäljendab pipeti sees olev puhver tsütoplasmat ja rakuvälisele puhvrile lisatakse retseptori ligandid, pestes kapillaari küljes rippuvat membraanitükki. Erinevus on see, et väikesel rakust rebenenud membraani osal võib hõlpsalt olla üks ioonikanal, mille kaudu uurime voolu.

Diaem: plaasterklambri varustus

Eppendorfi mikromanipulaatorid - kaasaegne vahend plaastriklambri juhtimiseks:

  • juhtida ühte juhtkangi, mille abil saab kapillaari täpselt ja sujuvalt liigutada;
  • kõrge positsioneerimistäpsus;
  • võime kapillaari asukohta meelde jätta;
  • kapillaaride triivi puudumine pikaajaliste katsete ajal;
  • mitme kasutaja režiim võimalusega konfigureerida üksikuid parameetreid.

Materjali pakub partner - Diaem ettevõte

Esimene asi, mis plaastriklambri kõigi võimalustega tutvumisel silma torkab, on see, et neil on ainult üks klaasist elektrood-mikropipett ja etalon-elektrood, mis valetamatult lamab vannis. Kuidas on ühe elektroodi abil võimalik säilitada rakumembraanil "käsupotentsiaal" ja registreerida selle muutused?

Plaastriklambri meetodil kasutatakse mitte kahte paari elektroode, nagu kaheelektroodilise potentsiaalide registreerimisel (kaks rakusisest ja kahte rakuvälist), vaid ühte paari (joonis 10). Sellisel juhul vaheldub võimendi elektrooniline täitmine kõrgsagedusega, mõõtes raku potentsiaali ja sisestades sinna ioonvoolu. See tähendab, et üks elektrood töötab kohe kahes, vähendades mõõtmise ajal rakukahjustusi. Plaastriklambri uudishimulik omadus on see, et ainsa järelejäänud elektroodipaari korral on võimatu rakuvälist ja rakusisest vahet ühemõtteliselt eristada. Metallist tugielektrood sukeldatakse vanni, milles rakud asuvad. Kuid ainus rakuga kokkupuutuv elektrood võib töötada nii rakuvälise (rakuatašee kui ka seestpoolt väljapoole) ja rakusisese (kogu raku ja väljapoole) korral..

Joonis 10. Plaastriklambri paigaldamine. Plaastriklambri elektroodide mikroskoopiline suurus ja töö üksikute rakkudega sunnivad mikroelektroode ja proovivanni mikroskoobi alla paigutama. „Plaaster” ise (mikrokapillaarmembraani kontakt) on vibratsioonide suhtes ülitundlik, seetõttu on mikroskoop paigaldatud vibratsioonivastasele lauale, mille kaas hõljub suruõhuvoolus. Seadme salvestatud voolude amplituud on äärmiselt väike, seetõttu on elektroodid Faraday kasti abil kaitstud elektriliste häirete eest.

Plaasterklambri meetod on avanud elektrofüsioloogias uue ajastu. Ioonikanalid lakkasid abstraktsioonist - neid sai sõna otseses mõttes puudutada: registreerida üksikut kanalit läbiva ioonivoolu [35]. Molekulaarbioloogia paralleelne areng viis 1990ndatel ioonikanalite uurimisel tõelise plahvatuseni. Just nende aastate jooksul klooniti ja iseloomustati enamik ligandist juhitavaid ja pingest sõltuvaid ioonkanaleid. Nende valkude töö omadused ja nende olemasolu või puudumine raku pinnal määravad otseselt nende elektrofüsioloogilised omadused. Võib öelda, et ioonikanalid moodustavad meie närvisüsteemi teatud funktsionaalse selgroo. Nende töö määrab membraani potentsiaali väärtused korraga või teisel ja seetõttu ka närviimpulsi tekkimise. Kloonimine ja täiendavad uuringud on andnud teadlastele võtme närvirakkude funktsiooni põhialuste mõistmiseks..

Neuromodulatsioon

Kui elekter on lahutamatult seotud närvisüsteemi toimimisega, siis miks mitte proovida selle tööd elektrivoolu abil mõjutada? Esimesed katsed seda teha tehti 19. sajandil. Nende aegade eksperimentaaltehnika oli äärmiselt lihtne: katsealustena kasutasid trepaniseeritud koljuga koeri või kasse või erandjuhtudel ja huvitavamatel juhtudel tavaliselt neurokirurgilisi patsiente. Ajukoore teatud piirkondade (motoorsed ajukoored, nagu me täna ütleksime) elektriline stimulatsioon viis lihaste kokkutõmbumiseni ja jäsemete liikumiseni. See tähendab, et aju erinevate piirkondade ärritus põhjustab erinevaid reaktsioone. Seda põhimõtet kasutati aju funktsionaalsete kaartide koostamiseks. Seejärel teenisid need kaardid kirurge hästi..

1949. aastal pakuti välja stereotaksilise minimaalselt invasiivse ajuoperatsiooni meetod [36]. Selle olemus seisneb selles, et aju sihtmärgi koordinaadid fikseeritakse patsiendi pähe paigaldatud spetsiaalse seadme abil kolme koordinaadina. Siis saab vajaliku ajuosa hävitada - näiteks sisestades nõela kaudu täpselt arvutatud koguse etanooli. Kuid patsientide ajud on erineva kuju ja suurusega, mis tähendab, et on vaja täiendavaid juhiseid. Selliste orientiiride otsimiseks sobib õhuke elektrood, mille abil on võimalik aju struktuure ärritada ja nende kuuluvust funktsionaalse reaktsiooni abil täpselt määrata. Sellest lähenemisviisist sai peagi enamiku stereotaksiliste operatsioonide hädavajalik omadus (joonis 11). [37].

Joonis 11. Stereotaktilise operatsiooni ajal on patsiendi ajupiirkonnad spetsiaalse seadme abil jäigalt paigutatud piki kolme koordinaattelge.

Kui elektroode saab kasutada operatsioonide ajal erinevate ajupiirkondade aktiveerimiseks, siis miks mitte proovida neid pärast seda ajusse jätta, viies kontaktid otse peanaha pinnale? Selliseid elektroode saab kasutada terapeutilistel eesmärkidel. Esimene selline operatsioon elektroodide viimisega aju rinnakorvi toimus 1948. aastal [38]. Arusaadavatel põhjustel oli selle tehnika kasutuselevõtt meditsiinis väga aeglane ja piiratud. Kuid loomkatseteks sobis ta kõige paremini. Kindlasti on kõik, kes on mingil määral bioloogiaga seotud, kuulnud rottide loost, vajutades pedaali kurnatusele ja saanud elektrilahenduse naudingu keskmesse. See James Oldsi ja Peter Milneri 1954. aastal ilmunud klassikaline töö oli üks esimesi katsetöid sügavalt asetsevate aju struktuuride elektrilise stimulatsiooni kohta [39].

Selgus, et sama põhimõte võib olla ka meditsiinilistel eesmärkidel - endorfiinide vabanemise elektriline stimuleerimine andis märgatava valuvaigistava efekti. Viimase poole sajandi jooksul on aju sügavast stimulatsioonist saanud iseseisev ravimeetod (joonis 12). Kirjeldatud on selle kasutamist teatavate epilepsia vormide [40], depressiooni [41], Parkinsoni tõve [42] ja Tourette'i sündroomi [43] raviks. Elektroodide implanteerimisest on saanud tõhus ravimeetod, kuid see operatsioon ei ole kaotanud teatavat müsteeriumi ja seikluslikkust. Osaliselt on see tingitud asjaolust, et aju sügava stimulatsiooni terapeutilise toime mehhanismi ei ole veel uuritud [44].

Joonis 12. Aju sügava stimulatsiooniga ravitava patsiendi pea radiograaf. Lisaks aju keskel asuvatele elektroodidele paistab pildi põhjas protees.

Pean ütlema, et elektriline neuromodulatsioon on aju mõjutamiseks väga toores meetod. Elektroodid süstitakse ajju millimeetri täpsusega, kuid sellest hoolimata erutavad nende voolud miljoneid närvirakke kohe ilma igasuguse analüüsita. Kui saaksite teada, kuidas stimuleerida ainult teatud tüüpi sihtrakke. Ja siin tuli molekulaarbioloogia neurofüsioloogidele appi.

Optogeneetika

Selle fantastilise suundumuse ilmnemist ennustas suur Francis Crick, kes karjääri teisel poolel viidi läbi neurofüsioloogia abil [45]. Uue sajandi vahetuseks sai ilmseks, et just molekulaarbioloogia meetodite juurutamine aju teadusesse võis teadlaste kätte anda kauaoodatud võimaluse kontrollida üksikuid ajurakke [46]. Kuulmatu elektrivoolu asemel muutus juhtseadis kergeks. Ajurakkudel puuduvad fotoretseptorid, kuid kasutades molekulaarbioloogia meetodeid, saame vajalike neuronite sünteesimiseks vajalikke lainepikkusega valguse vastaseid valgustundlikke valke sünteesida..

Kaasaegse optogeneetika eelkäijaks oli Boris Zemelman, kes kogus koos kaasautoritega vektori, mis hõlmas rodopsiini, arrestiin-2 ja Drosophila heteromeerset G-valku. Need kolm valku moodustasid stabiilse, ehkki mahuka ja suhteliselt aeglase süsteemi, mis muudab rakkude membraanipotentsiaali vastusena valgustusele [45]. Kuid optogeneetika tõeline sünd sündis pärast valgu channelrodopsin-2 (channelrhodopsin-2) kloonimist rohelistest vetikatest Hlamydomonas reinhardtii. See valk on katioonne kanal, mis avaneb valgustuse korral ja mille neeldumispiik on 480 nm.

Augustis 2005 avaldas Karl Deisseroti (Stanford, USA) juhitud labor artikli, milles kirjeldati selle valgu ekspressiooni primaarses neuronaalses kultuuris. Nüüd, lihtsalt neuroneid valgustades, saaks panna nad oma aktsioonipotentsiaali genereerima millisekundise vastusega [47]! Kuid ülesandeks jäi ikkagi see, et uus meetod toimiks elavas ajus. Selleks klooniti kanalrodopsiini geen koos kollase fluorestsentsvalgu (YFP) geeniga ühise promootori alla ja kogu konstruktsioon pandi lentiviirusvektorisse [48], [49]. Lentivirus süstitakse süstimise teel hõlpsalt aju nõutavasse piirkonda ja on võimalik kindlaks teha, millised rakud vektori poolt nende hõõgumisega üle kandsid (joon. 13, 14).

Joonis 13. Optika + geneetika =? Valgustundlikku valgugeeni sisaldav lentivirus on suunatud hiire ajule. Geenipromootoril võib olla ka koespetsiifilisus, mis viib veelgi selektiivsema meetodini.

Joonis 14. Optogeneetiline hiir, millel on peas optiline sond.

Samal ajal ei pruugi selline selektiivsus probleemi lahendamiseks piisata, sest mõnikord peate suutma erutada mitte ainult teatud tsooni, vaid ka teatud tüüpi rakke. Ja see küsimus leidis mitu lahendust korraga [50]. Näiteks võib fotoretseptori valgugeenid paigutada üldspetsiifilise promootori alla, näiteks CaMKIIa, mis töötab ainult ergutavates neuronites [51]. Või kasutage transgeenseid hiiri ja Cre-Loxi rekombinatsioonisüsteemi [52]. Lisaks katioonilistele fotokontrollitud kanalitele klooniti anioonpumbad [53] ja kanalid [54], mis võimaldas sihtraku membraani hüperpolariseerumist, blokeerides neurotransmissiooni. Uue meetodi potentsiaal sai kohe ilmsiks: 2010. aastal nimetas ajakiri Nature optogeneetikat aasta meetodiks (vt videot) [55], [56].

Video. Optogeneetika - 2010 ajakirja Loodus poolt.

Neurograafiline

Magnetresonantstomograafia

Paljud neurofüsioloogide arsenali meetodid sobivad elavate süsteemide in vivo uurimiseks väga halvasti. Kõik need nõuavad keha viiludeks või isegi üksikuteks rakkudeks viilutamist. Selles mõttes on erilised meetodid, mis võimaldavad minimaalse sekkumisega uurida elava organismi närvilist aktiivsust. Ja muidugi mängib nende hulgas erilist rolli magnetresonantstomograafia. See meetod võimaldas justkui maagia abil vaadata elavasse ajusse, uurides selle struktuuri ja jälgides selles isegi aktiivsustsoonide jaotust.

MRI füüsikalised põhimõtted on identsed nendega, mida kasutatakse molekulide struktuuri määramiseks NMR-spektroskoopias [57]. Inimkeha (nagu ka Universum) levinum element aatomite arvu osas on vesinik, mille tuum koosneb ainult ühest prootonist. Sellel prootonil on erinevalt enamiku teiste aatomite tuumadest oma magnetiline moment (spin). Tuuma spinni saab esitada vektorina, mille suund on tavaliselt juhuslik. Kui vesinikuaatomid asetatakse aga püsivasse magnetvälja, siis orienteeruvad tuumakeerdite vektorid kas välise magnetvälja suunas või vastu seda. Kui te tegutsete aatomitel muutuva resonantssagedusega magnetväljaga, siis muudavad mõned aatomid oma tuumade magnetpunkti vastupidiseks. Kui see vahelduv väli kaob, naasevad nad algsesse olekusse, eraldades energiat, mille tuvastavad MR tomograafiandurid [58]. Mõne tüüpi MRT jaoks võib kasutada gadoliiniumil või raudoksiididel põhinevaid kontrastaineid..

Tegelikult sündis MRI Paul Lauterburi artikli avaldamisega 1973. aastal ajakirjas Nature [59]. 40 aasta pärast tõi see töö talle koos Peter Mansfieldiga 2003. aasta Nobeli füsioloogia- või meditsiinipreemia. Kuid nagu sageli teaduse pilti muutvate ideede puhul, on MRT-meetodi ainus autor raske nimetada. Kõige olulisema, kui mitte määrava panuse MRT-seadme loomisse andis Raymond Damadyan ning MRT põhimõtte patendi esitas 1960. aastal Nõukogude teadlane Vladislav Ivanov (joonis 15) [60]..

Joonis 15. Kõigi MRI-skannerite alus on võimas magnet (kõrgvälja MRI-skannerite puhul ülijuhtiv), mida ümbritseb krüogeenne särk. Selle tehnoloogilise omaduse tõttu eristuvad MR-skannerid muljetavaldavate mõõtmetega..

Aju on struktuurilt heterogeenne. Närvirakkude pikad protsessid moodustavad ahelad, mis on mähitud neuroglia kesta. Koos moodustavad nad valgeaine. Selle kiud paiknevad üksikute tuumade või isegi tervete halli aine kihtidega (ajukoorega), mis koosnevad neuronite ja neurogliate kehadest. Kõik need struktuurid raskendavad tohutult veemolekulide difusiooni, piirates selle vabadust ja andes eelistatud liikumissuunad. See on see, mida teadlased kasutavad difusioontensor-MRT meetodil. Veemolekulide liikumissuuna registreerimisega konstrueerib tomograaf aju juhtivate radade paigutuse kolmemõõtmelise mudeli. Selle väga kergelt eksootilise meetodi abil saadi hullumeelseid pilte, mis kaasnesid alati projekti “Ühenda inimene” avaldamisega (joonis 16).

Joonis 16. Valgeaine närviteede kolmemõõtmeline rekonstrueerimine - difusioon-tenso-MRI traktograafia tulemus.

Positroni emissioonitomograafia

Tõenäoliselt, kuuldes sõna "hävitamine", kujutavad ulmehuvilised elavalt ette kosmosereklaamide armadat, mida juhib uskumatu reaktsioon aine ja antimaterjali muutmiseks puhtaks energiaks. Kuid selgub, et see protsess on üsna võimeline toimuma meie kehas, tekitamata meile ebamugavusi. Positronemissioontomograafia (PET) meetod põhineb hävitamisel. Tegelikult on PET-skanner (joonis 17) patsiendi kehast lendavate y-osakeste kolmemõõtmeline detektor. Meetodi põhikomponent on radiofarmatseutiline aine. Reeglina on see metaboliit, mis on võimeline akumuleeruma testkoes. Sellel võib olla väga erinev olemus, kuid see peab tingimata sisaldama isotoopi, mis on võimeline positron P-lagunemist. Näiteks kasutatakse 18 F-fludeoksüglükoosi sageli aktiivselt glükoosi absorbeeriva ajukoe uurimiseks, samuti teatud tüüpi kasvajate otsimiseks..

Joonis 17. Positronemissioontomograafia skeem.

Β-plus (positron) lagunemise ajal muutub tuuma prooton neutroniks, eraldades samaaegselt neutriino ja positroni. Neutriino lendab vabalt ilma ainega suheldes, kuid positron ei saa kaugele lennata. Väga kiiresti komistab ta elektroni ja mõlemad kaovad, eraldades paar y-osakest. Need osakesed tuvastatakse stsintillatsioondetektoritega, mis on paigaldatud PET-skanneri rõngasse. Vaatamata y-osakeste suurele energiale on nende arv väike ja need ei saa kahjustada patsiendi tervist. Lisaks arvutatakse radiofarmatseutilise aine kogus nii, et see ei ületaks maksimaalset lubatud annust.

Ajukasvajate lokaliseerimiseks mõeldud mitme γ-anduriga paigaldamist kirjeldas William Sweet 1953. aastal [61]. Peaaegu üheaegselt avaldasid Frank Rennes jt ​​ajakirjas Science aju kasvajate uurimise tulemused hävitamise abil [62]. Päris PE-tomograafia ilmus aga usaldusväärsete meetodite tulekuga mitmest sektsioonist pärinevate piltide rekonstrueerimiseks. Seda tööd alustasid David Cool ja Roy Edwards 1960. aasta lõpus ning lõpetasid 1975. aastal Ter-Poghosyan, Phelps ja Hoffman esimese täisväärtusliku tomograafi ehitamisega [63].

PET-meetodi kõige olulisem komponent on sobivate radiofarmatseutiliste ravimite kättesaadavus. Nad läbisid ka pika arengu: alates eksootilisest 64 Cu ja 75 As kuni 18 F, millest sai 18 F-märgisega fludeoksüglükoosis kõige populaarsem PET-raadio marker. Enamik β-pluss lagunemist võimaldavaid PET-isotoope tehakse tsüklotronis vahetult enne uuringut, mis on vajalik suhteliselt lühikese poolestusaja tõttu [64].

Elektroentsefalograafia

Neuropildist rääkides ei saa mainida elektroentsefalograafiat. See vanim aju aktiivsuse jälgimise meetod tema füüsilises aluses on palju lähedasem elektrofüsioloogia meetoditele, kuid aju aktiivsuse mitteinvasiivse vaatluse võimalus muudab selle täpselt neuropiltide moodustavate meetodite hulka..

Kuna närvisüsteemi sees voolab palju elektrivoolusid, võite proovida neid naha aju häirimata registreerida otse aju pinnale või võib-olla isegi kehale. Ootuspäraselt jõudis see idee teadlasteni elektrofüsioloogia koidikul - XIX sajandi teisel poolel. Loomade peaaju poolkerade koguaktiivsuse registreerimise esimese töö tegid Adolf Beck ja Napoleon Tsibulsky 1880. aastate lõpus. Nendes töödes paigutati elektroodid otse looma aju pinnale. Keha pinnale kinnitatud elektroodide abil osutus voolude registreerimine palju keerukamaks. Alles 20 aastat hiljem, 1912. aastal sai vene füsioloog Pravdich-Nemensky esimese imetaja EEG ja alles 1924. aastal tegi Hans Berger esimese inimese elektroencefalograafia [65]..

Analüüsides võimalike muutuste sagedust ja amplituuti, saab aju koguaktiivsuse kohta teha palju järeldusi. Nende sagedused on iseloomulikud unele, ärkvelolekule, aktiivsele vaimsele tööle ja stiimulite tajumisele. EEG ajal vastuvõetud signaal on aga ainult miljardites närvirakkudes tekkiva elektrivälja kogu muutused. Peaaegu võimatu on seda kasutada aju neurofüsioloogiliste protsesside täpseks lokaliseerimiseks - see on nagu proovida ujujate identiteeti tuvastada basseini pinnal olevate lainete järgi. Kuid iseloomulik, ebatervislik prits või vastupidi, selle hirmutav puudumine - seda on täiesti võimalik eristada. Sellepärast kasutavad teadlased EEG-d juba tänapäeval äärmiselt harva, kuid arstid, vastupidi, vajavad seda paljudes valdkondades [66]. Niisiis kasutatakse elektroentsefalograafiat raskete häirete, näiteks epilepsia diagnoosimiseks ja aju seisundi üldiseks jälgimiseks. Ehkki EEG annab palju vähem teavet kui funktsionaalne MRT, kuid erinevalt mitmetonnilisest tomograafist mahub elektroencefalograaf hõlpsasti keskmise suurusega kohvrisse ja annab koheselt palju põhiteavet patsiendi aju kohta [67]. Samal ajal töötab võimas rindel meetodi eraldusvõime suurendamine ja aju-arvuti liidese jaoks EEG-andurite loomine [68].

leiud

Igal teadusel on oma tähtsamate küsimuste komplekt. Ja võime uhkusega öelda, et bioloogial on suuresti õnnestunud leida vastused omaette. Me arvasime peaaegu välja liigi Homo sapiens päritolu ja juba elu ilme Maal lakkas näivast müstilisest sündmusest. Kuid küsimus meie enda seadme kohta osutus palju keerukamaks. Siiani ei suuda teadus täielikult selgitada, kuidas meie aju teadvuse moodustab. Viimase 20 aasta pingutused on aga viinud neuroteadlaste arsenalis unikaalse interdistsiplinaarsete meetodite komplekti ilmumiseni, mis võimaldab vähemalt läheneda 21. sajandi selle kõige olulisema superülesande lahendusele..

Kalender

Eriprojekti artiklite põhjal otsustasime koostada 2019. aasta kalendri “12 bioloogia meetodit”. See artikkel tutvustab detsembrit.




ÜhingudTundlik või sensoorne või retseptorMa sisenen kiiresti retseptorisse ja kannan teavet sisemise ja keskmise kanali kohta aju seljaaju. Їх тіла võib leida kesknärvisüsteemi vahel.
PromіzhnyPlugin, ABO InternationalHeli neuronid, tundlikud, rukhov m_zh endaga ja pange seljaaju ja aju põhimass
VіdtsentroviyMotor, ABO ektor-neuron (rukhovy ABO sekretsioon)