К примеру, ни словом не упомянуто о такой удивительной особенности организации сетчатки, как широкая электрическая связь между фоторецепторами и особенно между горизонтальными клетками, о «детекторной» концепции Дж.
Сетчатка содержит 125 миллионов рецепторов, называемых палочками и колбочками; это нервные клетки, специализированные таким образом, чтобы генерировать электрические сигналы при попадании на них света.
Постсинаптическая мембрана тоже специализирована: в ней имеются белковые рецепторы, которые реагируют на нейромедиатор открытием соответствующих каналов, позволяя ионам одного или нескольких типов проходить через них.
Входные сигналы оказывают воздействие на особые нервные клетки, называемые рецепторами; эти клетки реагируют не на синаптические входы от других клеток, а на то, что мы можем обозначить нестрогим термином «внешняя информация».
Во всех этих случаях под влиянием стимула в рецепторах возникает электрический сигнал и в результате изменяется скорость высвобождения медиатора в окончаниях их аксонов.
(Вас не должно смущать двойное значение термина рецептор; вначале он означал клетку со специализированной реакцией на сенсорные стимулы, но впоследствии был применен также к белковым молекулам со специализированной реакцией на нейромедиаторы.
Слева на рисунке показаны рецепторы — ряд преобразующих информацию нейронов, каждый из которых обслуживает один из видов ощущений, например осязание, вибрационное чувство или зрительное восприятие.
Волокна от рецепторов образуют синаптические контакты со вторым рядом нервных клеток — вторым уровнем нашей схемы; эти клетки в свою очередь образуют контакты с третьим уровнем и так далее.
В наиболее простом случае аксон от рецептора оканчивается прямо на двигательном нейроне, так что мы имеем от входа к выходу всего три клетки (рецептор, двигательный нейрон и мышечное волокно) и только два синапса; такую ситуацию мы называем моносинаптической рефлекторной дугой.
В сетчатке, как мы увидим в главе 3, минимальное число уровней от рецепторов до выхода составляет, несомненно, три, но из-за наличия двух других типов клеток некоторая часть информации проходит непрямыми путями с четырьмя или пятью уровнями от входа до выхода.
Из анатомии мы знаем, что такая клетка имеет входы от многих биполярных клеток — возможно от 12, 100 или 1000, каждая из которых тоже в свою очередь получает сигналы от сходного числа рецепторов.
Для повышения частоты разрядов мы должны освещать некоторое частичное подмножество рецепторов, а именно те из них, которые связаны с данной клеткой (через биполярные нейроны) таким образом, что их влияние окажется возбуждающим.
Освещение только одного такого рецептора едва ли может дать сколько-нибудь заметный эффект, но если бы мы осветили все рецепторы с возбуждающим эффектом, то мы были бы вправе ожидать суммирования их влияний и активации клетки — именно так фактически и происходит.
Если бы рецепторы лежали впереди, пигментные клетки должны были бы располагаться между ними и следующим слоем нервных клеток, в области, уже заполненной аксонами, дендритами и синапсами.
Горизонтальные клетки соединяют рецепторы и биполярные клетки сравнительно длинными связями, идущими параллельно сетчаточным слоям; сходным образом амакриновые клетки связывают биполярные клетки с ганглиозными.
Можно представить себе два пути информационного потока через сетчатку: прямой путь, идущий от фоторецепторов к биполярным и далее к ганглиозным клеткам, и непрямой путь, при котором между рецепторами и биполярами могут быть включены еще горизонтальные клетки, а между биполярами и ганглиозными клетками — амакриновые клетки (см.
Прямой путь весьма специфичен, или компактен, в том смысле, что одна биполярная клетка имеет входы лишь от одного рецептора или от сравнительно небольшого их числа, а одна ганглиозная клетка — от одного или сравнительно немногих биполяров.
Эта высокая степень конвергенции, которую мы видим в большей части сетчатки, вместе с весьма компактными путями в самом центре и около него позволяют понять, почему, несмотря на отношение 125:1 между числом рецепторов и числом волокон зрительного нерва, некоторая часть сетчатки (ее центр) может все-таки обеспечивать острое зрение.
Прежде чем обсуждать физиологию рецепторов и промежуточных клеток, я хочу забежать вперед и описать выходные сигналы сетчатки, представленные активностью ганглиозных клеток.
Фоновый свет позволял стимулировать либо палочки, либо колбочки, либо рецепторы обоих типов, поскольку при очень ярком освещении работают только колбочки, а при слабом — только палочки.
Понятие рецептивного поля
Термин рецептивное поле в узком смысле означает просто совокупность рецепторов, посылающих данному нейрону сигналы через один или большее число синапсов.
Вследствие дивергенции, при которой на каждом уровне одна клетка образует синапсы со многими другими клетками, один рецептор может оказывать влияние на сотни или тысячи ганглиозных клеток.
Этот рецептор будет возбуждать некоторые нейроны через их центры, если это клетки с on-центром, или через их периферию, если это клетки с off-центром; и он будет одновременно тормозить другие нейроны через их центры или периферию.
Таким образом, по мере удаления от центральной ямки отмечается явно не случайное хорошо согласованное изменение трех величин: падает острота зрения, возрастает число рецепторов, участвующих в отдельных прямых путях (к биполярам и далее к ганглиозным клеткам), и увеличивается диаметр центров рецептивных полей.
Это помогает нам понять значение прямых и непрямых путей от рецепторов к ганглиозным нейронам, так как дает веские основания для вывода, что центр рецептивного поля определяется прямым путем, а антагонистическая периферия — непрямым путем и что острота зрения лимитируется прямыми путями.
Фоторецепторы
Прошло немало лет, прежде чем был достигнут существенный прогресс в физиологии рецепторов, биполяров, горизонтальных и амакриновых клеток.
Тому было множество причин: пульсация сосудов постоянно мешала попыткам удерживать микроэлектрод в одиночной клетке или рядом с ней; рецепторы, биполяры и горизонтальные клетки не генерируют импульсов, поэтому регистрация намного меньших градуальных потенциалов требует применения внутриклеточных методик; трудно с уверенностью сказать, в клетке какого типа (или рядом с какой клеткой) находится электрод.
Практически у всех животных, от насекомых до человека, и даже у некоторых бактерий этот рецепторный пигмент состоит из белка, к которому присоединена небольшая молекула, близкая к витамину A; она и представляет собой химически трансформируемую светом часть.
они реагируют на возбуждающий стимул так же, как обычные нейроны; деполяризация ведет к высвобождению медиатора из аксонных окончаний (часто, как и в случае зрительных рецепторов, это не приводит к возникновению импульсов, вероятно из-за очень малой длины аксона).
У беспозвоночных, от усоногих раков до насекомых, световые рецепторы ведут себя таким же образом, и до 1964 года предполагалось, что аналогичный механизм — деполяризация под влиянием света — действует также в палочках и колбочках позвоночных.
В темноте фоторецепторы позвоночных явно больше деполяризованы (имеют более низкий мембранный потенциал), чем обычные нервные клетки в состоянии покоя, и деполяризация вызывает непрерывное высвобождение медиатора из окончаний их аксонов — в точности так, как это происходит в обычных рецепторах при стимуляции.
Открытие Томита помогает нам объяснить, почему волокна зрительного нерва у позвоночных столь активны в темноте: спонтанную активность проявляют именно рецепторы; многие биполярные и ганглиозные клетки, вероятно, делают попросту то, что им диктуют рецепторные клетки.
В последующие десятилетия главные задачи состояли в том, чтобы выяснить, как свет вызывает гиперполяризацию рецептора и в особенности каким образом выцветание всего одной молекулы зрительного пигмента под действием одного фотона может привести в палочке к измеримому изменению мембранного потенциала.
Во-первых, давно известно, что человек, адаптировавшийся к полной темноте, способен увидеть такую слабую вспышку света, при которой ни один рецептор не может получить более одного фотона.
Чтобы полностью оценить ее значение, надо было потратить многие годы, гадая о том, каким образом могут работать рецепторы, а затем внезапно — меньше чем за десяток лет — в результате эффектных исследований решить эту проблему.
Биполярные клетки занимают в сетчатке стратегическую позицию, поскольку все сигналы, возникающие в рецепторах и поступающие к ганглиозным клеткам, должны пройти через них.
Периферию рецептивного поля биполярной клетки создает значительно большее число рецепторов (включая те, которые принадлежат к центральной группе), соединенных с горизонтальной клеткой возбуждающими синапсами.
Если биполярная клетка имеет off-центр, синапсы на этой клетке от центральной группы рецепторов предположительно должны быть возбуждающими (поскольку рецепторы выключаются светом).
Биполярные клетки, подобно рецепторам и горизонтальным клеткам, не генерируют импульсов, но мы и здесь будем говорить об on-реакции, подразумевая деполяризацию в ответ на световой стимул и соответственно усиленное выделение медиатора в выходных синапсах, и об off-реакции, разумея гиперполяризацию и уменьшение выброса медиатора.
Что касается входных синапсов, передающих биполярам сигналы от рецепторов, то у биполяров с off-центром они должны быть возбуждающими, поскольку сами рецепторы выключаются (гиперполяризуются) светом; у биполяров с on-центром входные синапсы должны быть тормозными.
В природной нейросети нейроны образуют сложные, запутанные связи, протягивая их между активным рецептором и созревающим нейроном в стадии пейсмекерной активности.
Кроме того, изначально нервная система представляла собой просто соединения рецепторных клеток с эффекторными без централизованного управления, потому, что соответствующих отделов просто не было.
В качестве конкретного технического решения родилась идея дуплексной компоновки решетки, при которой рецепторы и эффекторы расположены в одном слое, что упрощает и удешевляет реализацию прототипа.
Ведь всякая замкнутая система взаимосвязанных элементов приходит к равновесию, и нейроны-эффекторы, связанные взаимным торможением, так же в конечном итоге будут распределять между собой полученные от рецепторов импульсы.
При этом возможны 2 типа построения: двойная решетка из пары расположенных друг против другая рецепторной и эффекторной, а также дуплексный тип, где рецепторы и эффекторы расположены в одном слое.
Дуплексная схема DK3-6Гексагональная дуплексная схема отличается от DK6-3 более плотной упаковкой рецепторов и большим охватом взаимного тормозного влияния эффекторов.
Дуплексная схема DR4-4Ортогональная дуплексная схема отличается от DK6-3 и DK3-6 равномерной упаковкой рецепторов и эффекторов, а так же их одинаковым охватом тормозными связями.
Кроме того, в DK6-3 и DK3-6 рецепторы расположены «волнообразно», по контуру шестигранника, что будет давать некоторое искажение восприятия горизонтальных и вертикальных линий, они будут детектироваться как «дуги».
Расчет итогового веса эффектора во всех схемах делается в три этапа:Рассчитывается суммарный вес эффектора без учета взаимного торможения: SumW = Sum(Wr), где Sum(Wr) – сумма весов активных рецепторов, связанных основными связями с текущим эффекторомРассчитывается суммарный вес тормозного влияния на эффектор: SumTr = SumW*WtИтоговый вес эффектора: Wit = SumW – SumTrТакой расчет делается последовательно для каждого элемента.
Он может быть индивидуальный для каждой связиТак же введем определения:Рецепторный рисунок – группа активных рецепторов фрагмента нейросетиЭффекторный рисунок – группа эффекторов, активировавшихся рецепторным рисункомУникальная РЭ пара – рецепторный и связанный с ним эффекторный рисунок, уникальный при заданных базовых параметрах нейросетиИз определения видно, что оба типа рисунка всегда идут парой, так как эффекторный рисунок зависит от рецепторного.
Однако как будет показано далее, это справедливо лишь при оговоренных базовых параметрах, так как при их изменении нейросеть будет выдавать несколько эффекторных рисунков на один и тот же рецепторный.
Поэтому вводится понятие не просто пары, а уникальной – чтобы учитывать только те эффекторные рисунки, которые строго одинаковы при заданных рецепторном рисунке и базовых параметрах нейросети.
То есть полноценная схема связей, например, для решетки DR4-4 должна выглядеть так (сделано в конструкторе нейросхем):Базовый элемент схемы DR4-4Ei – эффекторRi – рецепторTi – тормозной нейронЛинии связей острием показывают свое направление.
Рецепторы воздействуют на эффекторы с весом =2, что означает в данной схеме логику связей И, потому что для активации эффекторов нужно как минимум 3 рецептора, чтобы превысить порог срабатывания =5.
Дело в том, что забегая вперед и размышляя о самообучении таких решеток, зададимся вопросом: какие веса могут теоретически установится в ячеистых схемах, где один рецептор передает возбуждение нескольким связанным с ним эффекторам.
Это значит, что к одному рецептору подключаются по мере созревания несколько эффекторов, и при каждом образовании новой связи с новым эффектором активность рецептора может быть разной, отчего и веса связей от одного рецептора получаются различными.
Более мелкая цифра ниже:Для эффектора – показывает суммарный вес, полученный от рецепторовДля рецептора – вес, передаваемый связанным с ним эффекторамИмитация воздействия на рецептор производится простым кликом по кружку, после чего он меняет цвет и вес связи, передаваемый связанному с ним эффектору.
Состояние элементов на рисунке показано при настройках сети:Порог = 0,4Вес тормозных связей = 0,1На рисунке таким образом были активированы 6 рецепторов (№10, 11, 17, 20, 21, 22) с весом передаваемого возбуждения 0,1.
В итоге, два типа воздействия на эффектор 14 установили его итоговый вес как суммарный вес от рецепторов за минусом тормозного влияния от активных эффекторов, имеющих с ним связи (в данном примере только один эффектор на него влияет (№18): 0,2-0,06=0,14.
передачи 0,2 образуя суммарный вес на эффекторах (без учета торможения):№108 - получает воздействие от рецептора 22: 0,2№17 – получает воздействие от рецепторов 22, 21, 31: (0,2+0,2+0,2) =0,6№18 - получает воздействие от рецепторов 22, 21: (0,2+0,2) =0,4№27 - получает воздействие от рецепторов 21, 31: (0,2+0,2) =0,4№126 - получает воздействие от рецептора 31: 0,22 шаг – расчет тормозного воздействияТак как активировался только один эффектор №117, то только он и притормаживает связанные с ним тормозными связями эффекторы № 108, 18, 27, 126, 121, 112.
То, что именно ему уготовано быть отключенным легко проверить включая/отключая в любой последовательности эти пять включенных рецепторов – при активации всех пяти всегда именно он окажется выключенным.
Убедиться, что проблема именно в неустойчивом состоянии возле порога срабатывания можно задав веса всем пяти рецепторам 0,3 – и тогда получим уверенное равновесное состояние.
Но как уже говорилось, ситуация с одинаковыми весами от рецепторов не типична для реальной нейросети, поэтому выключение №27 будет уже строго определено например при таком раскладе весов:Здесь уже виден эффект контрастирования – выделения более нагруженных весами эффекторов.
Примеры использования взаимного торможения в нейросетиКак видно из описания схемы симулятора, на элементы нейросети воздействуют два фактора: активация рецепторов и тормозное влияние активировавшихся эффекторов.
В итоге, в первом случае мы получили при детектировании рецепторного рисунка типа «пятно» аналогичный эффекторный рисунок в виде «пятна», при увеличении уровня торможения до 0,3 – границу контура, при увеличении до 0,4 – опорные точки примитива.
Более мелкая цифра ниже:Для эффектора – показывает суммарный вес, полученный от рецепторовДля рецептора – вес, передаваемый связанным с ним эффекторамТак как решетка ортогональная, то для большей плотности упаковки элементы выполнены в виде квадратов.
Состояние элементов на рисунке показано при настройках сети:Порог=0,4Вес тормозных связей=0,1На рисунке таким образом были активированы 4 рецептора (№38, 48, 50, 60) с весом передаваемого возбуждения 0,2.
В итоге, два типа воздействия на эффектор 37 установили его итоговый вес как суммарный вес от рецепторов за минусом тормозного влияния от активных эффекторов, имеющих с ним связи (в данном примере только один эффектор на него влияет (№18): 0,4-0,08=0,32.
Для этого воспользуемся списком «Рецепторный рисунок» и последовательно выберем из него несколько примитивов и посмотрим как будет меняться рецепторный рисунок при разных значениях тормозного воздействия.
Горизонтальная линияДля такого рисунка нужно задать параметры:Вес рецептора – 0,3Порог – 0,1Торможение – 0,1Так как торможение и порог минимальны, то активны все связанные с рецептором эффекторы, хотя все же итоговый вес у них распределился не равномерно, смотря по тому, кто больше/меньше оказался заторможенДля такого рисунка нужно задать параметры:Вес рецептора – 0,3Порог – 0,1Торможение – 1 Торможение максимально, что привело к полному гашению все связанных эффекторов, оставив лишь центральный, как наиболее нагруженный рецепторным весом.
Для такого рисунка нужно задать параметры:Вес рецептора – 0,3Порог – 0,1Торможение – 0,2 Здесь мы видим утолщение примитива на концах, или утончение по центру.
КрестДля такого рисунка нужно задать параметры:Вес рецептора – 0,3Порог – 0,1Торможение – 0,1Здесь мы видим максимальное «утолщение» эффекторного рисунка как и в предыдущем варианте при минимальном торможении и пороге.
Для такого рисунка нужно задать параметры:Вес рецептора – 0,3Порог – 0,1Торможение – 1Здесь мы видим максимальное «утончение» эффекторного рисунка.
КвадратДля такого рисунка нужно задать параметры:Вес рецептора – 0,3Порог – 0,1Торможение – 0,1Здесь мы по прежнему видим максимальное «утолщение» эффекторного рисунка как и в предыдущих вариантах при минимальном торможении и пороге.
Для такого рисунка нужно задать параметры:Вес рецептора – 0,3Порог – 0,1Торможение – 0,2Здесь мы видим максимальное «утончение» эффекторного рисунка.
Для такого рисунка нужно задать параметры:Вес рецептора – 0,3Порог – 0,1Торможение – 1При максимальном торможении итоговый рисунок распался на отдельные отрезки разной «длины».
Выполнить ее по дуплексной схеме не представляется возможным, так как охват при такой схеме наибольший: с 1 рецептором связаны 9 эффекторов, с 1 эффектором 9 рецепторов.
Для такого рисунка нужно задать параметры:Вес рецепторов – 0,1Порог – 0,1Торможение – 0,1Здесь при минимальных параметрах нейросети видим почти ровную кривую спада уровня возбуждения при итерациях.
Вес рецепторов – 0,1Порог – 0,1Торможение – 0,2Вес рецепторов – 0,1Порог – 0,1Торможение – 0,3Вес рецепторов – 0,1Порог – 0,1Торможение – 0,6Вес рецепторов – 0,1Порог – 0,1Торможение – 0,7В данном случае такие изломы находятся выше порога возбуждения и никак не сказываются на статусе эффектора, то есть несмотря на колебания веса он всегда находится в активном состоянии.
Из этого следует, что транспортеры глутамата и ГАМК, подобно ионотропным рецепторам, генерируют ионный ток в ответ на внеклеточную концентрацию данных аминокислот.
С одной стороны, изменение возбудимости клетки-мишени при активации ионотропных рецепторов диффузным нейропередатчиком имеет некоторую аналогию с возбуждающей или тормозной нейропередачей (сигнальная функция).
Поскольку физиологическая роль диффузного глутамата и ГАМК определяется реакцией на них клетки-мишени, в следующих разделах настоящего обзора будут рассмотрены примеры функций глутамат- и ГАМКергических внесинаптических рецепторов в гиппокампе.
ФУНКЦИИ ВНЕСИНАПТИЧЕСКИХ ГЛУТАМАТЕРГИЧЕСКИХ РЕЦЕПТОРОВИонотропные рецепторыНеобходимо отметить, что подавляющее большинство ионотропных глутаматергических рецепторов может быть обнаружено вне области постсинаптического уплотнения.
Этот процесс регулируется пальмитилированием белка постсинаптического уплотнения PSD95, который удерживает этот тип ионотропных глутаматергических рецепторов в синапсе [49].
Было показано, что AMPA-рецепторы могут активироваться за счет внесинаптической диффузии глутамата в мозжечке, но роль этих рецепторов в качестве приемников диффузного сигнала в гиппокампе неизвестна [48].
В этой ситуации перемещение AMPA-рецепторов в гиппокампе из синапса и обратно скорее играет роль в регуляции синаптической передачи, чем в формировании функционального пула внесинаптических рецепторов [49].
Биофизические свойства рекомбинантных каинатных рецепторов во многом похожи на свойства AMPA рецепторов: они быстро активируются и десенситизируются, имеют сходные проводимость одиночного канала и проницаемость для Ca2+ [31].
Каинатные рецепторы опосредуют медленные возбуждающие постсинаптические токи (ВПСТ) в синапсах мшистых волокон [33, 38, 140] и в некоторых (но не во всех) гиппокампальных интернейронах [38, 39, 53].
Эти рецепторы исключительно чувствительны к агонисту, поскольку гетеросинаптическая деполяризация мшистых волокон возникает в ответ на высвобождение глутамата со сравнительно удаленных сайтов [116].
Метаботропные рецепторыМетаботропные рецепторы глутамата состоят из семи трансмембранных доменов и связаны с G-белками, которые опосредуют большинство из эффектов активации этих рецепторов.
ФУНКЦИИ ВНЕСИНАПТИЧЕСКИХ ГАМКЕРГИЧЕСКИХ РЕЦЕПТОРОВИонотропные рецепторыПо аналогии с ионотропными глутаматергическими рецепторами ионотропные ГАМКергические рецепторы могут находиться как в синаптическом, так и внесинаптическом пуле [16, 100].
На настоящий момент описано 19 изоформ субъединиц ионотропных рецепторов ГАМК, которые сгруппированы в классы: α, β, γ, δ, ε, θ, π и ρ.
Поскольку эти рецепторы являются пентамерными структурами, то число возможных комбинаций субъединиц позволяет существовать их значительному разнообразию [41, 94].
Рецепторы, в которых отсутствует 2 субъединица, обнаруживаются за пределами синапсов и, вероятно, могут находиться как в сомато-дендритном, так и в аксональном компартментах, причем некоторые из таких подтипов ГАМКА-рецепторов способны отвечать на очень низкие концентрации ГАМК [94].
Еще в конце 70-х годов было сформировано представление о модуляции нейропередачи внесинаптическими, в частности, аксональными ГАМКА рецепторами периферических нервов [32].
В последующем было показано, что бикукуллин, антагонист ГАМКА-рецепторов, повышает вероятность возникновения антидромных спайков в аксонах пирамидных клеток поля СА3 [8, 129], а мусцимол, агонист этих рецепторов, снижает амплитуду потенциала волокон в изолированных коллатералях Шаффера срезов гиппокампа, измеренную в поле СА1 с помощью внеклеточного электрода (Рис.
На постсинаптическом участке ГАМКВ рецепторы запускают каскад реакций, которые ведут к открыванию G-белок связанных К+ каналов (GIRK – G protein-gated inward rectifying K+ channels) [10, 96].
Кроме того, данные рецепторы связаны через G-белок с N- и P/Q- типами потенциалзависимых кальциевых каналов, которые участвуют в синаптическом высвобождении нейропередатчиков [11, 95].
Важность гетеросинаптических взаимодействий, опосредованных ГАМКВ рецепторами, впервые была продемонстрирована на примере того, что ГАМК, высвобождаемая терминалями интернейронов, может подавлять синаптическую глутаматергическую нейропередачу между коллатералями Шаффера и пирамидными нейронами в поле СА1 гиппокампа и этот эффект чувствителен к антагонистам данных рецепторов [67].
Такая активация интернейронов приводит как к высвобождению ГАМК на постсинаптические рецепторы внутри тормозных синапсов, так и к ее диффузии во внеклеточное пространство (спиловер ГАМК).
Для поддержания постоянного тока ионотропный рецептор должен не только обладать высокой аффинностью к агонисту и реагировать на небольшие изменения в его внеклеточной концентрации, но и обладать очень медленной десенситизацией.
Наличие большого числа субъединичных композиций позволяет существовать набору ГАМКА рецепторов, обладающих подходящими биофизическими свойствами для поддержания тонической проводимости [6, 94].
Вероятно, такой дисбаланс в работе возбуждающих и тормозных внесинаптических ионотропных рецепторов является необходимым для предотвращения чрезмерной возбудимости нейронной сети гиппокампа – структуры, чувствительной к эпилептогенезу [7, 43].
Большинство исследований, посвященных диффузной глутамат- и ГАМКергической нейропередаче, фокусируют свое внимание на определенном типе рецептора, воспринимающего диффузный сигнал.
Например, повышение внеклеточной концентрации глутамата оказывает влияние как на аксональные каинатные рецепторы, так и пресинаптические метаботропные рецепторы группы III в гиппокампальных интернейронах [81, 119, 120].
На первый взгляд метаботропные рецепторы группы III и каинатные рецепторы должны оказывать противоположное действие на эффективность ГАМКергической передачи, поскольку оба эффекта могут подавить друг друга при физиологических условиях, когда ни один из классов рецепторов не блокирован фармакологически.
Однако существуют небольшие, но важные различия в механизмах модуляции ТПСТ этими двумя классами рецепторов, приводящие к предположению о комплиментарности эффектов.
Каинатные рецепторы приводят к деполяризации аксонов интернейронов и облегчению возникновения в них потенциалов действия, а следовательно, усиливают зависимые от потенциалов действия спонтанные ТПСТ [119].
Таким образом, одновременная активация обоих типов рецепторов эндогенным агонистом “контрастирует” зависимые от потенциалов действия ТПСТ (“сигнал”) по отношению к независимым миниатюрным ТПСТ (“шум”), подавляя преимущественно последние и снижая тем самым фоновое торможение [81].
Известно, что повышение внеклеточной концентрации этого нейропередатчика ведет к усилению тонического торможения интернейронов и пирамидных клеток в гиппокампе [121] и активации пресинаптических ГАМКВ рецепторов, снижающих эффективность глутамат- и ГАМКергической синаптической передач [66, 67, 120].
Таковыми, например, являются исследования влияния активации внесинаптических каинатных рецепторов в интернейронах гиппокампа на повышение внеклеточной концентрации ГАМК [5, 54].
Активация каинатных рецепторов приводит к деполяризации аксонов интернейронов, увеличению зависимого от потенциалов действия высвобождения ГАМК и накоплению ее во внеклеточном пространстве [119].
Накопление внеклеточной ГАМК приводит к активации пресинаптических ГАМКВ рецепторов на тормозных и возбуждающих терминалях и тонической активации ГАМКА рецепторов.
Описание функциональных особенностей внесинаптических рецепторов является крайне важным не только для понимания механизмов обработки информации в гиппокампе, но и для объяснения действия ряда нейроактивных препаратов.
Было показано, что некоторые из них, в частности, бензодиазепины и барбитураты, аллостерические модуляторы ГАМКА рецепторов, способны усиливать не только тормозные постсинаптические токи, но и тонический ГАМКергический ток [121].
На входе лежат группы рецепторов
— видоизмененные нервные клетки, специализированные для преобразования в
электрические сигналы разных форм информации, которая приходит к ним из
внешнего мира.
От входа к выходу ведет не
один только путь; множество разных наборов рецепторов специализированы для
разных видов чувствительности и для определенных форм энергии, действующих на
каждый орган чувств, и при этом имеются бесчисленные шунты, переключения и
обходы.
Общая
организация головного мозга показана в виде примерной схемы, на которой
изображен поток информации от сенсорных сигналов на входе рецепторных клеток (А)
до конечного выхода мотонейронов (Z) на мышечные клетки.
Такие каналы реагируют
лишь слабо, если вообще реагируют, на изменения потенциала, но открываются,
когда особая молекула — медиатор — связывается с некоторой рецептор ной
областью на белке канала.
Менее чем за 100 микросекунд ацетилхолин высвобождается из слившишхся с
мембраной пузырьков, пересекает синаптическую щель и связывается с
ацетилхолиновым рецептором — внутренним мембранным белком, встроенным в
постсинаптическую мембрану.
Определяется
ли знак синаптического действия химической структурой медиатора, выделяемого
пресинаптическим нейроном, или же определяющим фактором служит природа
постсинаптического рецептора.
Клетки, к которым приходили связи двойного действия, обладали
для одного и того же медиатора рецепторами двух типов: один управлял натриевым
каналом, другой — хлорным.
Таким образом, функциональное свойство химической
синаптической передачи определяется типом рецептора, который находится на
данном постсинаптическом участке следующей клетки.
Gerschenfeld) из Института Марея в Париже, химический медиатор
является лишь разрешающим агентом, а директивным компонентом синаптической
передачи служат природа рецептора и ионные каналы, с которыми он
взаимодействует.
Происходит ли изменение в
пресинаптическом сенсорном нейроне, которое выражается в пониженном выходе
медиатора, или же изменяется постсинаптическая клетка, что выражается в
снижении чувствительности рецепторов к медиатору.
Поскольку число молекул медиатора в
каждом кванте обычно не меняется, количество квантов высвобождаемых каждым
потенциалом действия, служит достаточно надежным показателем общего количества
выделившегося медиатора Каждый квант в свою очередь вызывает в
постсинаптической клетке миниатюрный постсинаптический потенциал характерной
величины Величина эта служит показателем того, насколько чувствительны
постсинаптические рецепторы к нескольким тысячам молекул медиатора выделяемым
каждым пакетом.
От рецепторов на теле клетки и на дендритах зависит, возникнет
ли в клетке потенциал действия, а от рецепторов на синаптических окончаниях
зависит, сколько медиатора высвободится при каждом потенциале действия.
) и его сотрудников в Университете
Вандербилта известно, что большинство пептидных гормонов не входят в
клетку-мишень, а действуют на рецептор клеточной поверхности и стимулируют
фермент, называемый аденилатциклазой; этот фермент катализирует в клетке
превращение аденозинтрифосфата (АТФ) в цАМФ, который затем действует как
«второй посредник» («первым посредником» является гормон) в нескольких точках
внутри клетки и вызывает ряд соответствующих изменений функции.
Известен всего один пример, где сенсорный нейрон является также
рецептором на поверхности тела: только обонятельные эпителиальные клетки в
слизистой крыши носа контактируют с внешней средой.
В обонятельной системе
рецепторные нейроны слизистой оболочки носа проецируются, минуя таламус, в
обонятельную луковицу, которая является частью коры больших полушарий, а
обонятельная луковица в свою очередь проецируется в обонятельную кору.
Затем эти молекулы диффундируют через заполненную жидкостью щель между двумя
клетками и воздействуют на специфические рецепторы постсинаптической мембраны,
изменяя при этом электрическую активность воспринимающего нейрона.
Молекулы
медиатора связываются со специфическими рецепторными белками, включенными в
постсинаптическую мембрану, запуская серию реакций, которая заканчивается
кратковременными (электрическими) и долговременными воздействиями на
воспринимающий нейрон.
Выход некоторого количества
норадреналина в синаптическую щель активирует пресинаптические рецепторы на
аксонном окончании, вызывая выработку циклического АМФ, который активирует
белковую киназу, стимулируя тем самым новую выработку норадреналина.
Хотя в мозгу идентифицированы специфические центры связывания
диазепама, явно отличные от рецепторов ГАМК, оба типа рецепторов, по-видимому,
взаимодействуют друг с другом.
Заманчиво предположить, что в головном мозгу
содержится некое еще не открытое вещество, которое в норме действует на
рецепторы диазепама; возможно, это естественное соединение, вызывающее или
ослабляющее состояние тревоги.
Процесс химической передачи проходит через ряд этапов: синтез
медиатора, его накопление, высвобождение, взаимодействие с рецептором и
прекращение действия медиатора.
Многие рецепторы медиаторов имеют два функциональных компонента: центр
связывания молекулы медиатора и пору, пронизывающую мембрану, избирательно
проницаемую для определенных ионов.
Связываясь с рецептором, медиатор меняет
его форму так, что пора открывается и ионы, находящиеся внутри и снаружи
клеточной мембраны, перемещаются вдоль градиента концентрации, оказывая этим
возбуждающий или тормозный эффект на частоту импульсации нейрона.
Согласно гипотезе Сьюзерленда, белковый рецептор норадреналина (и многих
других медиаторов) соединяется в мембране клетки-мишени с ферментом
аденилатциклазой, которая катализирует превращение в клетке богатой энергией
молекулы аденозинтрифосфата (АТФ) в цАМФ.
Аденилатциклаза обычно неактивна, но,
когда норадреналин связывается с постсинаптическим рецептором, фермент
автоматически включается и внутри клетки начинается быстрое превращение АТФ в
цАМФ.
Разумеется, сигнал
передается не одной, а многим тысячам молекул цАМФ, которые генерируются
активированной аденилатциклазой, связанной с каждым занятым рецептором.
В
результате очень слабый сигнал, создаваемый взаимодействием медиатора с
рецептором, усиливается внутри клетки в несколько тысяч раз благодаря
интенсивному образованию цАМФ.
Итак, по-видимому, существуют два основных типа медиаторных рецепторов:
быстро действующие рецепторы, которые осуществляют передачу информации,
регулируя проницаемость ионной поры, и медленно действующие рецепторы, которые
вызывают образование второго посредника; последний в свою очередь опосредует
эффекты, производимые медиатором в постсинаптическом нейроне.
Точно
так же недавно полученные данные позволяют думать, что дофамин действует на
уровне двух разных типов рецепторов в головном мозгу: рецептора D1, который
связан с системой второго посредника цАМФ, и рецептора D2, который с ней не
связан.
Как только молекула медиатора свяжется со своим рецептором, она должна быть
быстро инактивирована во избежание слишком длительного ее действия и нарушения
точного контроля передачи.
Вызывает интерес также тот факт, что разнообразные лекарственные средства,
созданные для лечения шизофрении, например хлорпромазин (торазин) и галоперидол
(галдол), обладают общим свойством — они тесно связываются с дофаминовыми
рецепторами головного мозга, тем самым мешая естественному медиатору активировать
их.
Seeman) из Торонтского университета обнаружены
необычно высокие концентрации дофамина в дофаминовых рецепторах в головном
мозгу умерших больных шизофренией; это особенно относится к лимбической
системе, т.
Галлюциногены по
своей структуре очень похожи на моноаминовые медиаторы; это позволяет
допустить, что они оказывают сильные воздействия на сознание, имитируя действие
этих естественных медиаторов на синаптические рецепторы в головном мозгу.
Эти исследователи установили, что рецепторы опия сосредоточены в
тех участках головного и спинного мозга млекопитающих, которые имеют отношение
к восприятию и интеграции боли и эмоций.
Kosterlitz) в
Абердинском университете выделили из головного мозга два естественных пептида,
которые тесно связываются с рецепторами опия, и назвали их энкефалинами.
Эта гипотеза основана на том, что эффективность всех
этих процедур сильно снижается налоксаном (нарконом) — препаратом, который
избирательно блокирует связывание морфина с рецептором опия.
Поскольку вещество Р возбуждает те спинальные нейроны, которые легче
всего реагируют на болевые стимулы, было высказано предположение, что оно
служит сенсорным медиатором, специфически связанным с передачей информации о
боли от периферических болевых рецепторов в центральную нервную систему.
Гипотетический
воротный механизм в первом синаптическом переключении, возможно, регулирует
передачу информации о боли от периферических болевых рецепторов к головному
мозгу.
Такие опийные
препараты, как морфий, по-видимому, связываются с незанятыми рецепторами
энкефалина, имитируя подавление боли, производимое энкефалиновой системой.
Ясно также, что для данного медиаторного вещества возможны
Несколько типов рецепторов (на одни из них действуют, а на другие не действуют
системы вторых посредников), чем объясняются неодинаковые возбудительные или
тормозные эффекты данного медиатора в разных частях мозга.
Размер
является критическим параметром, поскольку рецептивное поле каждой клетки
(совокупность рецепторов сетчатки, посылающих сигналы к данной клетке) целится
на две части и имеет либо возбуждающий центр и тормозную периферию (клетки с
«on-центром»), либо прямо противоположную организацию (клетки с «off-центром»).
Это было отражено им в следующей формуле: J / J = K; где J -
исходный раздражитель, J - отличие нового раздражителя от исходного, К -
константа, зависящая от типа рецептора.
Гипоталамические
нейроны выделяют в кровь этой сети свои гормоны, а соответствующие клетки
гипофиза реагируют на эти гормоны после их связывания специфическими
поверхностными рецепторами.
Рефлексы
- реакция организма, происходящие при обязательном участии нервной системы в
ответ на раздражение воспринимающих нервных окончаний - рецепторами.
Вегетативная
нервная система обеспечивает иннервацию внутренних органов, желез внешней и
внутренней секреции, кровеносных и лимфатических сосудов, трофическую
иннервацию (регулирует обмен веществ) скелетной мускулатуры, рецепторов и самой
центральной нервной системы.
Каждый рецептор воспринимает только один вид энергии: рецепторы глаза способны
воспринимать световые электромагнитные волны, рецепторы уха — звуковые
колебания воздуха, рецепторы кожи — механические и температурные раздражения.
Анализаторы
Рецепторы
встречаются во всех органах, они воспринимают самые различные свойства
предметов, явлений, событий: внешние рецепторы различают звук, свет,
температуру, давление, положение тела в пространстве, запах, вкус; внутренние
рецепторы посылают в мозг сигналы о давлении крови, ее химическом составе,
состоянии желудочно-кишечного тракта, сжатии или растяжении мышц, связок,
сухожилий.
Нервный импульс, идущий по слуховому нерву, по
своей биофизической природе ничем не отличается от нервного импульса, идущего в
мозг от зрительного, обонятельного или тактильного рецептора.
Из этого следует, что в восприятии свойств предметов
принимают участие не только рецепторы, но и нервы, по которым возбуждение идет
в мозг, и участки самого мозга, которые воспринимают это возбуждение.
Различают
первичные рецепторы, которые способны сразу превратить энергию внешнего
раздражения в поток нервных импульсов, и вторичные рецепторы, которые сначала
преобразуют энергию в доступную для кодирования форму и лишь после этого
переводят ее в нервные импульсы.
Это есть временная нервная связь бесчисленных агентов
окружающей животное среды, воспринимаемых рецепторами данного животного, с
определенными деятельностями организма.
Оба эти процесса обусловливаются тем, что, с
одной стороны, специализированные рецепторы, анализаторы обеспечивают
избирательную реакцию на отдельные сигналы среды (анализ, дифференцировку
сигналов), с другой стороны, обеспечивают целостное восприятие всей совокупности
воздействий (синтез сигналов).
Рефлекс — причинно обусловленная
реакция организма на изменения внешней или внутренней среды, осуществляемая при
участии центральной нервной системы в ответ на раздражение рецепторов.
Их можно классифицировать по ряду признаков:
1) по биологическому значению, (пищевые, оборонительные, половые);
2) в
зависимости от вида раздражаемых рецепторов:
экстероцептивные,
интероцептивные и проприоцептивные;
3) по
характеру ответной реакции: двигательные или моторные (исполнительный орган —
мышца), секреторные (эффектор — железа), сосудодвигательные (сужение или
расширение кровеносных сосудов).
Он
поддерживается афферентными импульсами, непрерывно поступающими от рецепторов (особенно
проприорецепторов), и различными гуморальными влияниями (гормоны, СОз и др.
Импульсы, поступающие в центральную нервную систему при сильном и
длительном раздражении рецепторов, вызывают возбуждение не только данного
рефлекторного центра, но и других нервных центров.
Все известные части сенсорных систем как в простых, так и в сложных нервных
системах включают как минимум следующие компоненты:
- детекторы
стимула – специализированные рецепторные нейроны;
- первичный
воспринимающий центр, куда сходится информация от группы детекторных блоков;
- один
или большее число вторичных воспринимающих и интегрирующих центров, получающих
информацию от первичных воспринимающих центров.
Сенсорная
система начинает действовать тогда, когда какое-либо явление окружающей среды –
стимул или раздражитель – воспринимается чувствительными нейронами – первичными
сенсорными рецепторами.
То, что
каждое из этих качеств воспринимается органами чувств по отдельности, означает,
что существуют рецепторные клетки, специализированные для восприятия
определенных особенностей стимула.
Каждый
рецептор при своем возбуждении посылает сенсорную информацию по цепи синаптических
переключений, специфичных для данной сенсорной системы; при этом сигналы
передаются на более высокие этажи мозга.
Фоторецепторные клетки-палочки
и колбочки не только расположены в слое, наиболее удаленном от хрусталика, но и
повернуты от пучка падающего света, так что их светочувствительные кончики
засунуты в промежутки между темноокрашенными эпителиальными клетками.
Первоначально его
исследования касались тех областей коры, где имеется проекция поверхности тела
и нейроны реагируют на сигналы от рецепторов, находящихся в коже или под кожей,
но в дальнейшем справедливость полученных выводов была подтверждена и для
зрительной системы.
Анализ
пигментов, содержащихся в колбочках, и прямая регистрация активности этих
рецепторов в идеальных экспериментальных условиях подкрепляют представление о
том, что для восприятия каждого из трех первичных цветов — красного, желтого и
синего — существует особый тип колбочек.
Выделено два типа
проприорецепторов: рецепторов растяжения, активирующихся при растяжении мышц, и
рецепторов напряжения, которые чувствительны к силе сокращения мышцы.
Бернштейну, изменения в
мышце, возникающие при движении, возбуждают чувствительные окончания
проприорецепторов, а эти проприорецептивные сигналы, достигая моторных центров,
вносят изменения в эффекторный поток, т.
При определенном опыте человека эти движения выполняются почти автоматически,
в результате чего обратная афферентация, в том числе от проприорецепторов,
перестает играть существенную роль.
В частности, у него свой «рецептор»,
через который поступают сигналы об аспектах движения, адекватных данному
уровню, и часто сигналы другой модальности, чем сигналы ведущего уровня.
Такие рецепторы находятся во внутренних органах (желудке,
печени, сердце), в стенках сосудов и различных структурах мозга (в гипоталамусе,
ретикулярной формации среднего мозга, продолговатом мозге).
Импульсацию
центральных осморецепторов можно вызвать инъекцией малого количества
гипертонического раствора хлористого натрия (менее 0,2 мл) в передний
гипоталамус животного.
Афферентная сигнализация, идущая в спинной мозг
от мышечных веретен, сухожильных рецепторов Гольджи, кожи не является необходимым
условием возникновения локомоции, тем не менее она участвует в более точной
адаптации локомоторных движений к условиям среды.
Следовательно, если внешняя
обратная связь от соматических рецепторов ограничивается спиннобульбарным
уровнем, то внутренняя обратная связь осуществляется по системе медиальных
петель.
77 Пути воздействия веществ на мозг без их
проникновения сквозь гематоэнцефалический барьер
1—3 — связывание веществ со специфическими рецепторами в
циркумвентрикулярных органах приводит к: увеличению проницаемости ГЭБ для
другого вещества (1)—образованию в циркумвентрикулярных органах
жирорастворимых веществ, проникающих далее сквозь эпендиму желудочков простои
диффузией (2А); образованию в самом мозгу гипотетических водорастворимых
веществ—посредников (2Б); передаче возбуждения в виде потенциалов действия
(3); 4 — связывание с пресинаптическими рецепторами эфферентов имитирует
центральное действие; 5 — воздействие на периферические органы через
возбуждение центральных афферентов изменяет состояние ЦНС.
77), и часть этих механизмов связана с
существованием на «внешней» стороне барьера специфических рецепторов к многочисленным
гормонам белково—пептидной природы
В 50—е годы было
показано, что если разрушить отдельные циркумвентрикулярные органы, то
некоторые гормоны, переносимые плазмой крови теряют способность действовать на
мозг.
Позднее были открыты расположенные в циркумвентрикулярных органах
рецепторы к соматостатину, кортикотропину (адренокортикотропному гормону),
пролактину, вазопрессину, окситоцину паратирину (паратгормону), кальцитонину,
инсулину и инсулиноподобным факторам роста, эндотелину, панкреатическому полипептиду,
ангиотензину II атриальному и мозговому натрийуретическим пептидам,
брадикинину, вазоактивному интестинальному полипептиду, субстанции Р и
нейропептидам У и YY
Возбуждение
«внешних» рецепторов молекулами одного вещества может увеличить проницаемость
барьера для другого находящегося в плазме крови вещества (рис.
Взаимодействие лиганда с рецептором
на наружной стороне барьера может также приводить к образованию
веществ—посредников, способных воздействовать непосредственно на нейроны мозга
(рис.
Полагают, что молекулы ХЦК, не проникая в ЦНС, связываются с
холецистокининовыми рецепторами на наружной стороне ГЭБ и активируют
неизвестный пока механизм, способствующий высвобождению «по ту сторону барьера»
таких же молекул ХЦК, но синтезированных в самом мозге.
Предполагают также, что
чувствительные окончания некоторых нейронов мозга выходят на внешнюю сторону
ГЭБ и через них возбуждение от перечисленных выше рецепторов может передаваться
в мозг виде потенциалов действия (рис.
Например, пептидный гормон бомбезин
связывается со специфическими рецепторами в гладких мышцах пилорической части
желудка, что приводит к повышению мышечного тонуса привратника и способствует
задержке пищи в желудке.
Импульсация от механорецепторов стенки заполненного
пищей желудка по чувствительным волокнам блуждающего нерва передается в ЦНС, в
результате чего частично подавляется пищевое поведение.
Так, тиролиберин и ангиотензин II,
связываясь с пресинаптическими рецепторами симпатических нервных окончаний,
облегчают высвобождение ими норадреналина, имитируя влияние на тонус
симпатических нейронов спинного мозга.
Ведущей формой нервной деятельности
являются рефлексы — закономерные реакции, возникающие в ответ на
раздражение рецепторов изменениями в окружающей или внутренней средах
организма.
Это зависимость характера реакции от
типа раздражаемых рецепторов и силы действующего раздражителя, иррадиация
возбуждения, обусловленная нефункционирующими межнейронными связями ЦНС,
которые дают возможность активироваться одновременно большому числу нервных
связей.
Их нервные
образования (ретикулярная формация ствола, подкорковые ядра, кора мозжечка) не
получают сенсорных сигналов непосредственно от рецепторных структур и не отдают
также эфферентных сигналов непосредственно исполнительным органам.
Эти связи могут осуществляться и без проникновения
каких—либо веществ сквозь барьер (например, гормоны могут связываться с
рецепторами на внешней стороне барьера).
В действительности молекулы нейромедиатора
и рецепторы имеют значительно более сложную химическую структуру, чем это
видно из рисунка, и аналогия с ключом и замком не до конца объясняет
процесс.
Медиаторы и их рецепторы имеют электрический заряд, и поэтому
притягиваются друг к другу, и когда ключ медиатора попадает в замок
рецептора, они связываются.
Если степень сходства велика, то
молекулы наркотика свяжутся с рецепторами и "обманут" нейрон, заставив его
реагировать так же, как на настоящий медиатор.
Таблица
3-2 Нейромедиаторы, их протагонисты и
антагонисты
Нейромедиатор
Протагонист
Антагонист
Ацетилхолин
Никотин
Атропин
Дофамин/норадреналин
Кокаин/амфетамины
Хлорпромазин
Серотонин
LSD
Хлорпромазин
Эндорфины
Морфий
Налоксон
Гаммааминомасляная кислота
(GABA)
Барбитурат
Бикукулин
Последняя группа действий наркотиков - непосредственно на рецептор.
Аналогия ключа и замка по-прежнему
работает, но GABA, попадая в рецептор, не открывает, а закрывает замок, то
есть не возбуждает нейрон, а напротив, препятствует этому.
Если
активизирован GABA-ергический рецептор нейрона, то для того, чтобы нейрон
возбудился, нужно очень большое количество соответствующих
нейромедиаторов.
Если наркотик
сохранит способность воздействовать на рецепторы, он будет по-прежнему
оказывать желаемое действие, но при этом не будет запрещен законом.
С другой стороны, доказано, что повторяющееся использование
наркотика может приводить к уменьшению рецепторов у нейронов, активируемых
наркотиком.
Затем в 1977 году две лаборатории, независимо друг от
друга, сообщили об открытии связей бензодиазепинов с рецепторами, и было
последовательно показано, что, являясь особыми для бензодиазепинов, эти
рецепторы являются также частью того, что называется
GABA-бензодиазепиновым комплексом рецепторов.
В
конце концов, рецепторы бензодиазепинов существуют в головном мозге с
какой-то целью, и вряд ли они просто ждали в мозге открытия
бензодиазепинов.
Вещества, влияющие на психику, воздействуют на систему
передачи и принятия нервных импульсов многими путями, включая
следующие:
непосредственно
связывая участок рецептора, в качестве агониста (стимулирующего
рецептор) или антагониста рецептора (блокирующего
нейромедиатор),
вызывая
высвобождение большего числа нейромедиаторов, увеличивая воздействие на
систему,
блокируя обратное
выделение нейромедиатора из синапса в нейрон, благодаря чему химические
вещества задерживаются в синапсе,
путем изменения
чувствительности или числа рецепторов,
нарушая процесс
метаболизма веществ в нейромедиаторах, изменяя выделяемое количество
веществ,
понижая
ферментивные свойства нейромедиаторов.
Несмотря на то, что психотропные средства
могут влиять на любую стадию передачи нервного импульса, наиболее ощутимый
удар они наносят по трем направлениям: по связи "медиатор - рецептор", по
обратному поглощению нейромедиаторов и по образованию новых рецепторов.
Таким образом, существуют 2 основных
компонента дофаминовой теории: (1) Психозы вызываются повышением уровня
дофаминовой активности, (2) Большинство нейролептиков блокируют
дофаминовые рецепторы.
Это
означает, что эти средства блокируют центральные дофаминовые рецепторы и
таким образом замедляют дофаминергическую передачу нервных импульсов в
головной мозг.
Нейролептики также воздействуют на экстрапирамидный тракт, блокируя
постсинаптические рецепторы в базальной ганглии, и именно это служит
причиной самых значительных побочных эффектов.
Согласно катехоламиновой
теории, депрессия является результатом дефицита катехоламинов (в
частности, норадреналина) в разнообразных участках нервных рецепторов
мозга.
Таким образом, это вызывает
увеличение концентрации норадренапина в синапсе, что и служит причиной
предполагаемого дефицита этого химического медиатора в нервных рецепторах.
Поскольку по
химической структуре налоксон близок к морфину, исследователи
предположили, что эти два лекарственных препарата могут действовать на
какой-то общий рецептор мозга, и действие морфина на этот рецептор
блокируется налоксоном.
два исследователя из
университета Джона Хопкинса в Балтиморе, Кандас Перт и Соломон Снидер
доложили об открытии мозговых рецепторов, избирательно отвечающих на
воздействие опиатов и назвали их "рецепторами опиатов".
Они
считали, что наличие таких рецепторов должно означать, что существуют
естественные вещества в мозге со структурой и свойствами, напоминающими
морфин.
Большинство исследователей начало с
предпосылки, что поскольку опиаты имитируют активность эндорфина
стимулированием опиатических или эндорфиновых рецепторов в мозге,
эндорфины должны иметь многие свойства, подобные свойствам опиатов, такие
как способность облегчать боль или доставлять удовольствие.
Поскольку основное
действие налоксона - это блокировка эндорфиновых рецепторов,
обезболивание, сводимое на нет налоксоном, является сильным
доказательством того, что акупунктурные иглы вызывают освобождение
эндорфинов и благодаря этому уменьшают боль.
Существует
достаточно оснований полагать, что толерантность и абстинентный синдром,
вызываемые опиатами, связаны с активностью эндорфиновых рецепторов.
Существует
несколько теорий того, каким образом это происходит, но подозревают, что
хроническое использование изменяет количество производимого эндорфина или
количество доступных рецепторов, и эти изменения каким-то образом являются
причиной феноменов толерантности и абстиненции.
Исследования также открыли новые
возможности для изучения путей в головном мозге, которые могут быть
вовлечены в действия каннабиноидов, и для поиска химических веществ,
вырабатываемых организмом, которые взаимодействуют с обнаруженным
рецептором.
Позже группа ученых открыла наличие естественных химических
веществ в организме (названных анандамидами, от слова "блаженство" на
Санскрите), которые действуют на те же рецепторы в клетках мозга, что и
каннабиноиды.
В будущем исследователи будут использовать состав
анандамидов для изучения действия рецепторов каннабиноидов на такие
функции, как память, подвижность, голод и боль, которые подвержены
воздействию марихуаны.
Близость химического строения натолкнула на предположение, что
LSD и ему подобные могут имитировать серотонин, и поэтому активизировать
серотониновые рецепторы мозга.
Например, было доказано, что LSD и другие
галлюциногены обволакивают серотониновые рецепторы и что сила, с которой
это происходит, строго зависит от мощности
галлюциногена.
И, наконец, последние данные говорят о том, что
мескалин (или, возможно, один из мескалиновых метаболитов) также
обволакивают рецепторы серотонина.
Фармакокинетика LSD-подобных
веществ
Как было отмечено выше, поскольку все
галлюциногены действуют на серотониновые рецепторы, их эффекты весьма
похожи.
Химические вещества - ферменты -
взаимодействуют с молекулой нейромедиатора и изменяют ее таким образом,
что она больше не может войти в рецептор.
Последние выглядят
как чрезвычайно динамические синапсы, меняющие количества
высвобождаемых ими нейротрансмиттеров или плотность рецепторов
нейротрансмиттеров в течение миллисекунд или секунд.
Ацетилхолиновые рецепторы
обнаруживаются только на верхушках складок (Figure 2), с очень высокой
плотностью вблизи места высвобождения нейротрансмиттера.
Образование складок постсинаптическими мембранами и
ограниченное распределение ацетилхолиновых рецепторов и натриевых каналов
поддерживаются с помощью специализированного субмембранного цитоскелета и
комплекса трансмембранных белков, связывающих цитоскелет с покрывающей
синаптической базальной мембраной
(Figures 1 and 2;
discussed below).
одним из
наиболее важных событий, которое следует сразу после контакта аксона с
дифференцирующимся мышечным волокном является быстрый сбор (в течение
минут) до этого диспергированных ацетилхолиновых рецепторов под
формирующимся нервным окончанием (Figure 1b).
Альтернативный сплайсинг генерирует несколько форм
agrin, но только те, которые продуцируются двигательными нейронами,
способны эффективно агрегировать ацетилхолиновые рецепторы, натриевые
каналы, acetylcholinesterase и др.
Так если MASC
необходим для связывания agrin с MuSK и активации MuSK, то RATL
существенен для точной привязки ацетилхолиновых рецепторов к сайтам, где
MuSK активна, т.
See
also: Synapse formation; Protein kinases: physiological roles; Mouse knockouts
До иннервации ацетилхолиновые рецепторы, подобно большинству
мембранных белков, свободно диффундируют в плазматическую мембрану.
Каждый
рецептор проводит около 1 дня в мембране прежде чем будет
деградирован и замещен вновь синтезированным ацетилхолиновым рецептором.
Сборка такой мембраны и цитоскелетной сети эффективно захватывает
ацетилхолиновые рецепторы под нервными окончаниями и уменьшает
десятикратно скорость, с которой они удаляются из мембраны.
See also: Membrane
proteins; Membrane dynamics; Cytoskeleton
Maturation of presynaptic and postsynaptic
structures
Высвобождение acetylcholine нейронами этими формирующимися синапсами
запускает мышечные сокращения и инициирует вторую фазу образования NMJ с
использованием регуляции продукции ацетилхолиновых рецепторов.
мышечная активность ингибирует транскрипцию гена ацетилхолиновых
рецепторов во всём мышечном волокне, то нерв высвобождает neuregulin,
фактор роста-дифференцировки, который соединяется с ErbB рецепторной
тирозин киназой (Figures 1c and 2).
See also: Signal transduction: overview
Ацетилхолиновые рецепторы синтезируются локально и проникают в
созревающие синапсы, чтобы заместить в мембране те, которые деградировали
в ходе нормального жизненного цикла клеточных белков.
Это формирует
синаптическую область с высокой концентрацией ацетилхолиновых рецепторов,
инициированную с помощью agrin и поддерживающейся с помощью neuregulin,
тогда как огромная остальная часть мышечного волокна лишена
ацетилхолиновых рецепторов.
который распространяется от нервного окончания через базальную и мышечную
плазматическую мембраны и подлежащий цитоскелет к субсинаптическим ядрам,
делая последние отличными от их соседей в этой во всем остальном
гомогенной клетке
В конечном итоге ацетилхолиновые рецепторы в постсинаптических
мембранах оказываются крепко закрепленными на субсинаптическом
цитоскелете, защищая их от диффузии в этой области.
На этой стадии
постсинаптическая мембрана возвышается над гладкой цилиндрической
структурой мышечного волокна и то, что первоначально было бляшкой
ацетилхолиновых рецепторов, приобретает крендель-образную форму.
, мутации генов netrins или их рецептора,
frazzled, вызывают аберрантное нахождение двигательными нейронами
своих мышц, это указывает на то, что эти белки участвуют в наведении
двигательных нейронов.
гомологи netrins и их рецепторов идентифицированы и у
позвоночных, что отражает раннюю эволюцию этих молекул наведения и
консервацию их структуры и функции.
Как и у позвоночных не
видны синаптические специализации на миофибрилле до иннервации и рецепторы
для нейротрансмиттера glutamate случайно распределены по всему мышечному
волокну.
Такие
примитивные синапсы являются неэффективными и быстро устают после
стимуляции, а синтез новых глютаматных рецепторов необходим для
эффективной синаптической передачи.
See also: Glutamate
as a neurotransmitter
Точно также, как rapsyn существенен для локализации ацетилхолиновых
рецепторов в скелетных мышцах, так и аналогичное семейство белков, наз.
for localizing acetylcholine receptors in skeletal muscle, an
analogous MAGUKs (membrane-associated guanylate kinase homologues)
служит для закрепления глютаматовых рецепторов в скелетных мышцах
Drosophila.
Эти белки были открыты с помощью мутагенеза, приведшего
к идентификации гена (discs large), который кодирует белок,
способный закреплять как глютаматовые рецепторы, так и калиевые каналы
одновременно.
Они, как было установлено, обеспечивают связывание ионных каналов и
рецепторов нейротрансмиттеров, также как и внутриклеточных сигнальных
молекул.
MAGUKs , следовательно, способны организовывать макромолекулярные
комплексы в синапсах, которые могут вносить вклад в поставку и поддержание
рецепторов нейротрансмиттеров и ионных каналов в постсинаптической
мембране, а также облегчать передачу сигналов после их активации.
Два главных типа глютаматовых рецепторов присутствуют в
головном мозге: NMDA рецепторы (активируемые N-methyl-d-aspartate) и AMPA рецепторы
(активируемые α-amino-3-hydroxy-5-methyl-isoxazole-4-proprionic acid).
NMDA рецепторы важны для зависимой от активности синаптической
пластичности, тогда как AMPA рецепторы обеспечивают быструю передачу
сигналов через синапсы.
В головном мозге взрослых, glutamatergic синапсы
обычно содержат смесь этих двух рецепторов и их эффективность в передаче
пресинаптических сигналов зависит от количества присутствующих рецепторов,
а также от соотношения AMPA и NMDA рецепторов.
Специфические MAGUKs
ассоциируют посредством специфических областей, называемых PDZ доменами,
или с AMPA рецепторами (glutamate receptor interacting protein (GRIP),
AMPA receptor binding protein (ABP) и PICK1) или с NMDA рецепторами (PSD95
and SAP102 (synapse associated protein)) (Figure 3).
Нарушение связи между
AMPA рецепторами и GRIP, ABP и PICK1 (protein interacting with C kinase 1)
предупреждает образование кластеров этих рецепторов в синапсах.
Вместо
этого, мыши, лишенные PSD95, обнаруживают нормальное образование кластеров
NMDA рецепторов в синапсах, но нижестоящие сигнальные события, которые
обычно сопровождают активацию этих рецепторов серьезно нарушены.
Это
подчеркивает функцию MAGUKs как мест пришвартовки (docking) для рецепторов
нейротрансмиттеров, внутриклеточных сигнальных молекул (таких как
calmodulin kinase), цитоскелетных акцессорных белков (таких как CRIPT
(cysteine-rich interactor of PDZ 3)) и молекул клеточной адгезии (таких
как neuroligin).
Пути передачи внутриклеточных сигналов, зависимые от
MAGUKs, могут регулировать количество рецепторов для
нейротрансмиттера, чувствительность и форму дендритных шипов (spine), все
они могут менять эффективность синаптической передачи.
В самом деле, молекулы межклеточной адгезии, такие как
cadherins, ephrins/ephrin рецепторы и neurexin/neuroligan комплексы,
концентрируются в наиболее центральных синапсах, а некоторые (neurexins и
neuroligans) участвуют в группировке пресинаптических и постсинаптических
субмембранных структур.
мРНК для
некоторых синаптических белков, включая некоторые рецепторы
нейротрансмиттеров, в самом деле, были найдены, концентрирующимися под
PSD.
Альтернативно, в некоторых синапсах, по-видимому, имеются резервные пулы
пресинтезированных рецепторов нейротрансмиттеров и ионных каналов,
ожидающих соотв.
случаях
рецепторы нейротрансмиттеров, по-видимому, ‘перемещаются’ в и из периферии
синаптического сайта, тем самым затрагивается их способность отвечать
эффективно на высвобождение нейротрансмиттеров.
Наконец, недавние
эксперименты продемонстрировали существование ‘молчащих’ glutamatergic
синапсов во время развития, когда постсинаптический аппарат не отвечает на
высвобождение нейротрансмиттера даже тогда, когда присутствуют glutamate
рецепторы.
Эти синапсы, по-видимому, имеют только NMDA рецепторы, которые
может быть активированы с помощью glutamate только после деполяризации
мембраны, после выброса ионов магния, которые засоряют поры каналов.
See also: Dendrites; Axonal
transport and the neuronal cytoskeleton; Nitric oxide as a neuronal messenger
Следовательно, формирование, ремоделирование и активность центральных
синапсов может регулироваться локально за счёт изменчивости механизмов,
включая локальный синтез белков, перераспределение предсуществующих
белков, изменения поверхности синаптического контакта, модуляция
высвобождения нейротрансмиттеров и активация или десенсибилизация
рецепторов нейротрансмиттеров.
Основными функциями нервной клетки
являются восприятие внешних раздражении (рецепторная функция), их переработка (интегративная
функция) и передача нервных влияний на другие нейроны или различные рабочие
органы (эффекторная функция).
Афферентные раздражения, возникающие при различных влияниях внешней и
внутренней среды, в том числе при мышечной работе (с рецепторов мышц и
сухожилий), повышают возбудимость и лабильность нейронов, их способность к
стабильной ритмической активности.
Подавление условнорефлекторной
деятельности различными фармакологическими воздействиями приводит к ухудшению
рецепторной функции нейронов — нарушению синаптических контактов (исчезновению шипиков),
а затем и к Деформации дендритов.
Системы нейронов,
образующих восходящие пути от рецепторов или нисходящие пути к рабочим
органам, расположены в определенном порядке — по типу проекции «точку в точку».
Так, каждый участок воспринимающей поверхности глаза (сетчатой оболочки с
фоторецепторами) передает свои сигналы определенному участку в зрительной
области коры больших полушарий.
Определенная
пространственная организация в нервной системе сигналов от различных органов
чувств (от зрительных, слуховых, мышечных, тактильных и других рецепторов)
позволяет человеку иметь необходимое представление о схеме пространства.
Такая организация связей в центральной нервной системе, при которой
пространственное расположение нейронов, связанных с определенными рецепторами
или рабочими органами на периферии, отражает специфику их пространственного
расположения в организме, называется соматопическим (от лат.
Поскольку проведение импульсов по нервным волокнам
от периферических рецепторов в нервные центры и от нервных центров к
исполнительным органам занимает сравнительно небольшое время, общее время от
момента нанесения внешнего раздражения до появления ответной реакции организма
(латентный период рефлекса) определяется центральным временем проведения.
Она осуществляется благодаря
многочисленным взаимосвязям нейронов одной рефлекторной дуги с нейронами других
рефлекторных дуг, так что при раздражении одного рецептора возбуждение в
принципе может распространяться в центральной нервной системе в любом
направлении и на любую нервную клетку.
Афферентное
раздражение (например, болевое раздражение рецепторов кожи) направляется не
только по собственному рефлекторному пути к мотонейронам мышц-сгибателей, но и
одновременно через коллатерали активирует тормозные клетки Рэншоу.
Афферентные пути этой системы проводят сигналы какой-либо специфической
чувствительности (например, мышечно-суставной, тактильной, слуховой, зрительной
и других) от рецепторов, воспринимающих раздражения определенного качества, к
соответствующим нервным центрам, где происходит анализ этих сигналов и
возникают ощущения и восприятия.
Задние корешки образованы волокнами одного из отростков афферентных
нейронов, тела которых расположены вне центральной нервной системы — в
межпозвоночных ганглиях, а волокна другого отростка связаны с рецептором.
Наиболее толстые идут от рецепторов мышц и сухожилий, средние по
толщине—от тактильных рецепторов кожи, от части мышечных рецепторов и от
рецепторов внутренних органов (мочевого пузыря, желудка, кишечника и др.
При этом сокращении растягиваются рецепторы веретен,
повышается их чувствительность, усиливается поток афферентных импульсов от
скелетных мышц к нервным центрам.
Таким образом, альфа-мотонейроны вызывают
двигательные акты, а гамма-мотонейроны регулируют чувствительность мышечных
рецепторов, информирующих мозг о выполнении этих движений.
Спинной мозг осуществляет элементарные двигательные
рефлексы — сгибательные и разгибательные, возникающие при раздражении
рецепторов кожи или проприорецепторов мышц и сухожилий, а также посылает постоянную
импульсацию к мышцам, поддерживая их напряжение — мышечный тонус.
Мышечный тонус возникает в результате раздражения проприорецепторов мышц и
сухожилий при их растяжении во время движения человека или при воздействии силы
тяжести.
Наиболее важными
восходящими путями спинного мозга являются: 1) путь в продолговатый мозг—спинно-бульбарный;
2) в мозжечок—спинно-мозжечковый, несущие импульсы ог проприорецепторов мышц,
суставов и сухожилий, частично от рецепторов кожи; 3) в промежуточный мозг—спинно-таламический
путь (от тактильных, болевых и терморецепторов).
Так, только в
одном нисходящем корешке тройничного нерва, проводящем болевую, температурную и
тактильную чувствительность от головы, содержится во много раз больше волокон,
чем в спинно-таламическом пути, содержащем волокна, идущие от болевых и
температурных рецепторов остальной части тела.
Импульсы, приходящие
в средний мозг от рецепторов сетчатки глаза и от проприорецепторов глазодвигательного
аппарата, участвуют в осуществлении глазодвигательных реакций, необходимых для
ориентации в пространстве, выполнении точностных движений.
Все
нейроны вертикальной колонки отвечают на одно и то же афферентное раздражение
(от одного и того же рецептора) одинаковой реакцией и совместно формируют
эфферентные ответы пирамидных нейронов.
Аксоны кортико-спинальной системы образуют
окончания на аксонах чувствительных нервных клеток, передающих импульсы от
рецепторов на периферии в спинной мозг (аксоаксональные синапсы).
Главной
особенностью этого торможения является то, что, подавляя все виды афферентных
импульсов, оно не распространяется на импульсы, идущие от проприорецепторов
мышц.
Амплитуда каждого последующего
возбуждающего постсинаптического потенциала увеличивается примерно в 6 раз
больше, чем при поступлении к тем же мотонейронам импульсов от
проприорецепторов по афферентным путям.
Осведомление центральной нервной системы о деятельности,
вызванной на периферии ее управляющими импульсами, происходит при помощи
афферентных сигналов, отправляемых органами зрения проприорецепторами
мышечной суставного аппарата и другими рецепторами.
нейронов; а—толстые альфа-волокна от крупных альфа-мотонейронов спинного мозга, вызы-вающие сокращения волокон скелет-ных мышц (э); у—тонкие гамма-волокна от мелких гамма-мотонейронов спинного мозга, изме-няющие натяжение внутриверетен-ных (интрафузальных — и) мышеч-ных волокон и, следовательно, чувствительность проприорецепторов (р); а—афферентное волокно, проводящее проприоцептивную импульсацию от рецепторов мышечного веретена, влияющую на деятельность альфа-мотонейронов
">По
своей природе мышечный тонус является рефлекторным актом.
В естественных условиях основным раздражителем рецепторов мышечных и
сухожильных веретен является сила тяжести, растягивающая скелетные мышцы,
особенно мышцы-разгибатели.
Информацию о положении конечностей сообщают в кору больших полушарий многие
рецепторы — мышечные и сухожильные, зрительные, кожные, но особенно большое
значение имеют рецепторы суставных, сумок.
возникающие в результате раздражения
рецепторов вестибулярного аппарата; 2) при изменении положения головы по
отношению к туловищу — шейные рефлексы, с проприорецепторов мышц шеи и 3) при
нарушении нормальной позы тела — выпрямительные рефлексы с рецепторов кожи,
вестибулярного аппарата и сетчатки глаз.
Во вторую фазу движения
возникает рефлекс отдачи с проприорецепторов растянутых мышц-разгибателей
раздражаемой конечности и мышц-разгибателей другой стороны тела.
Импульсы от
этих рецепторов вызывают рефлекторное сокращение мышц-разгибателей и
одновременное торможение центров мышц-сгибателей той же конечности и мышц
разгибателей симметричной конечности.
Таблица 4
Процессы возбуждения (+) и торможения (—) в нервных центрах спинного мозга
при осуществлении шагательного рефлекса
Рецепторы,
вызывающие рефлекс
Левая лапа
Левая лапа
сгиба-
тели
разгиба-
тели
сгиба-
тели
разгиба-
тели
Болевые рецепторы
кожи правой лапы
+
—
—
+
Проприорецепторы
разгибателей правой лапы и сгибателей левой
—
+
+
—
Проприорецепторы
сгибателей правой лапы и разгибателей левой
+
—
—
+
Протекание ритмических рефлексов, в том числе шагательного, связано с
деятельностью различных отделов неспецифической системы.
В тот
момент, когда производится движение, кора тормозит деятельность всех
посторонних афферентных путей и оказывается особенно восприимчивой к сигналам
от рецепторов мышц, сухожилий и суставных сумок.
Например, глоточный рефлекс возникает при
раздражении задней стенки глотки, рефлекс слюноотделения — при раздражении
рецепторов полости рта, коленный, ахиллов, локтевой рефлексы — при раздражении
рецепторов сухожилий определенных мышц, зрачковый — при действии на сетчатку
резкого изменения освещенности и т.
Если интенсивность
раздражения рецепторов достигает в различных рефлексогенных зонах пороговой или
надпороговой силы, в них возникает возбуждение, которое, распространяясь по
чувствительным нервам, приходит в центральную нервную систему и вызывает
ответную рефлекторную реакцию.
Афферентная импульсация от интерорецепторов
может многократно совпадать по времени с осуществлением ответных соматических и
вегетативных реакций, возникающих при воздействии на организм определенных
сигналов внешней среды.
Импульсация со стороны
интерорецепторов в центральную нервную систему заметно усиливается, в связи с
чем создаются более благоприятные условия для образования интероцептивных
условных рефлексов.
Методология
Базовые представления
Рецепторы, рецепторные детекторы, эффекторы
Организация памяти мозга
Эмоции
Способности и возможности
Название "системная нейрофизиология" используется условно, - как системные принципы в психофизиологии.
сигналы приходят из определенных предшествующих структур (жестко определенных в случае первичных рецепторов), то нейрон это - детектор появления такого достаточно сильного сигнала (точнее - совокупности сигналов).
Изучая, как организуется простейшее поведение улитки, можно проследить, как реагирование начинается с рецепторов - чувствительных элементов-клеток, способных преобразовывать воздействие внешней или характеристики внутренней среды в стандартные электрические импульсы нейронной активности (именно импульсная форма сигналов - не принципиальна и является особенностью природной реализации, т.
Можно сказать, что рецепторная клетка - несколько видоизмененный нейрон (эволюционно - наоборот, нейрон становится более внутренним рецептором), мембрана которого способна поляризоваться при воздействии вспомогательных преобразователей специфических механических, фото, или химических воздействий.
Подробнее о рецепторах и эффекторах - в Рецепторы и эффекторы
В простейшем случае у насекомых раздражение рецепторов вызывает возбуждение нейронов, которое непосредственно передается эффекторам.
Часто бывает разветвление небольшого количества рецепторных сигналов для срабатывания целого блока эффекторов, вызывающего последовательность реакций - программу действия.
Появляется механизм для фиксации активного профиля возбуждения (с помощью изменения проводимости синапсов) в зависимости от отклика рецепторов гомеостаза (аварийных и удовлетворения) [80] (подробнее об этом).
Такая базовая рецепция важности (значимости, эвоюционирующей в мотивирующий "смысл" - для личности) определяется естественным отбором в виде оптимизации чувствительности рецепторов и уровня запуска реакции: полезные реакции остаются и усиливаются, а бесполезные и вредные исчезают вместе с не выжившими особями [15].
Нужно, чтобы он обладал чувствительными датчиками-рецепторами, которые могли бы реагировать на все значимые для него внешние и внутренние условия, нужно, чтобы он обладал исполнительными органами-эффекторами, способными или противодействовать нежелательным условиям или способствовать желательным.
И нужно, чтобы была возможность строить управляющие цепи, которые в зависимости от сигналов рецепторов, могли активизировать эффекторы, а так же, в новых условиях корректирвать сами управляющие цепи так, чтобы выполнялось то, что оценивается по результатам как положительное и избегалось то, что приводит к отрицательным последствиям.
Отточив функциональность рецепторов и эффекторов в длительном эволюционном отборе (а точнее, просто оставляя в живых то, что жизни не противоречило), природа получила универсальные в земных условиях комплектующие элементы для моделирования поведения организмов.
Если результат поведения привел к отрицательным последствиям (сигналам системы значимости, основанной на рецепторах, смысл которых зависит от конкретных условий), то такое поведение должно быть запрещено (заторможено) на будущее [158], а поведение, приводящее к положительным последствиям - облегчено.
Даже у простейших насекомых есть программы добывания пищи, запускаемые, когда рецепторы сигнализируют о такой потребности, есть программы полового поведения, оборонительного поведения, развития организма и т.
В Нейробиология и генетика поведения описывается механизм образования "условных рефлексов" без участия сознания, без ассоциации с распознавателями системы значимости, роль которой выполняют непосредственно сигналы рецепторов, в том числе и гомеостаза, а роль эмоциональных контекстов восприятия, в которых формируется рассудочный опыт - системы медиаторов:
Каким же образом формируются навыки, то есть, новые синаптические связи.
Импринтинг утят, когда они фиксируют образ первого движущегося предмета на всю жизнь, принимая за утку - тоже должен иметь схожий механизм, но роль рецептора играет предопределенная связь, обеспечивающая необходимость такой фиксации.
Активность может поддерживаться неопределенно долго для структур, которые эволюционные механизмы отбора определили, что временное пропадание данного стимула не означает пропадания значимого фактора, а необходим учет его присутствия при уже не ощутимом рецепторном восприятием [13].
Поддержание активности осуществляется передачей возбуждения в то место, куда ранее поступал сигнал от рецепторов (рецептором в нейросети является источник предшествующего сигнала, а эффектором - мишень такого сигнала).
Смотрите также:
Неуловимая энграмма,
Мозговая основа субъективных переживаний ,
(поиском на слово реверберация), Проблема переработки информации в зрительной системе лягушки,
Мозговая организация и психическая динамика ,
Нервная система ,
Волновые процессы в зрительной коре мозга
На экране визуализатора мозговой активности можно непосредственно наблюдать, как под воздействием новых стимулов восприятия активизируются новые участки третичных зон мозга и сохраняют активность после прекращения поступления рецепторных сигналов в виде достаточно обособленных очагов возбуждения, которых в мозге может накапливаться очень много к концу дня, вызывая конкуренцию между собой в первоисточниках вторичных зон мозга, что ухудшает возможности балантировки осознаваемого внимания.
Во время сна, при общем нарастании торможения, организуемом "функциональной системой сна", реверберации, уже потерявшие связи с рецепторными входами (плюс во время сна наступает блокировка каналов внешнего восприятия), все более локализуются, изолируются и большинство из них к концу сна полностью гасятся.
Роль пускового стимула в процессе мышления могут выполнять не только внешние стимулы восприятия, но и внутренние (распознаватели более сложной организации, имеющие функцию рецепторов для всех последующих распознавателей).
Любая личная оценка результата поведения, так же как и изменение условий восприятия тут же изменяет варианты последующего поведения не в некоем центре, а рассредоточено, начиная с оптимизации внимания (связей в области элементов значимого восприятия) и кончая оптимизацией элементов эффекторных структур (связей с эффекторами и эффекторными рецепторами, обеспечивающими обратную связь при осуществлении движения, о чем будет сказано подробнее ниже), - они учитываются системой как приобретаемый опыт.
Осознаваемый образ, составленный из совокупности ассоциированных сигналов ("внутренних" рецепторов мозга, рецепторов признаков текущего контекста условий и эмоциональной значимости, а также рецепторов, определяющих состояние мышечных усилий с прогностическими подвозбуждениями оценок возможных последствий), открытых вниманием для осознания, который поддерживается актуальное время за счет реверберации (сознание прерывает выполнение цепочки автоматизма в фазе обращения внимания и закольцовывает образ, сохраняя актуальность его воздействия для творческой наработки желаемого варианта реагирования), договоримся понимать и называть субъективированным образом восприятия-дейстивя, (см.
Выполнение цепочки автоматизма прерывается, образ зацикливается, сохраняя актуальность не зависимо уже от наличия рецепторного восприятия и начинается творческий поиск варианта реагирования с желаемым результатом, используя наработанные опытом цепи автоматизмов творческого поиска.
Рецепторы, рецепторные детекторы, эффекторы
В [200]:
Особенности лица, по которым мы распознаём знакомого человека, либо "на лету" отличаем человеческие лица от других предметов, можно свести к ряду параллельных линий, напоминающих пресловутый штрихкод на товарах.
Понятно, что в образе воспринимаемого может содержаться далеко не вся картина реальности, а только то, что были способны выделить из нее рецепторы и то, на что обучаются реагировать распознаватели мозга.
Каждый из первичных зрительных рецепторов отвечает за строго специфический признак, выделенный из воспринимаемого: точку одного из трех цветов (по виду цветовой селекции зрительных рецепторов), расположенную на вполне конкретном месте зрительного поля сетчатки, сигнал о звуковом тоне (строго одной частоты, на которую настроен резонанс чувствительного волокна слуховой улитки), пришедший из левого или правого уха, сигнал о раздражении тактильного (чувствительного к прикосновению) рецептора, расположенного на определенном месте кожи и т.
Все поля рецепторов тела, внутренних и внешних, сходятся в мозге к нейронным структурам, воспринимающим их сигналы, которые называются входными анализаторами, хотя анализ (выделение из окружающего) произведен еще раньше самими рецепторами.
Детекторные функции нейронов
Детекторы элементарных признаков, в свою очередь, являются исходными для формирования более сложных детекторов (функционально являются рецепторами более поздних структур), распознающих характерные и значимые совокупности более простых [26].
Даже в нервной системе улитки каждый из рецепторов не запускает какой-то свой жестко привязанный к нему эффектор, а сначала возбуждает общий для данного поведения определитель (детектор) того, что нужно запускать данную программу поведения.
К детектору поступают сигналы определенных рецепторов и, когда их совокупная активность превысит порог срабатывания нейрона, с которым они связаны, тот выдаст сигнал распознавания.
Система значимости [15] - не есть нечто, сосредоточенное в каком-то центре мозга, хотя ее базовые распознаватели и локализованы [107], сами же рецепторы, могущие принимать функциональность значимости, проецируются по всем первичным зонам мозга (болевые рецепторы, вкусовые, рецепторы гомеостаза).
Схематично можно представить, что с одной стороны, с помощью рецепторов, в мозг втекают данные, характеризующие всю окружающую мозг среду (внешнюю и внутреннюю), а с другой, вытекают сигналы, согласованно управляющие эффекторами: мышцами, железами, и всеми теми системами, которые обеспечивают постоянство внутренней среды и изменение характеристик организма при изменяющихся условиях.
Если сами зрительные рецепторы разложили оптическую картинку на отдельные трехцветные точки, то в анализаторе из совокупности всех точек синтезируются определители (детекторы) самых примитивных составляющих изображения: линии, круги, прямоугольники, точки.
Относительно рецепторов это - синтез более сложных детекторов, распознающих элементарные образы, а относительно последующих слоев мозга это - рецепторы анализатора.
По мере переработки и передачи сенсорной информации от рецепторов к центрам коры больших полушарий головного мозга свойства детекторов становятся всё более сложными; в самой коре, по мере продвижения по её слоям, специализация детекторов ещё более усиливается.
От проприорецепторов импульсы идут к первым нейронам двигательного анализатора, находящимся в межпозвонковых нервных узлах, далее - в спинной мозг и по его задним столбам - в продолговатый мозг, где расположены вторые нейроны двигательного анализатора.
Какими бы ни были рецепторы, все они имеют одну задачу: преобразовать воздействие какого-то из параметров внешней среды в пачки импульсов для того, чтобы последующие нейроны имели возможность научиться реагировать на определенные качества этих параметров, специализируясь распознавать только это качество.
Эти же обратные связи, в случае их возбуждающего влияния, могут заставлять данный детектор или целую группу детекторов (которая составляет сложный образ восприятия) оказываться возбужденным даже тогда, когда сам первичный сигнал рецепторов уже не поступает.
Периферический отросток (дендрит) растет на периферию в составе смешанного нерва и, покрываясь миелином, становится чувствительным нервным волокном, формируя в тканях рецептор.
Периферический отросток псевдоуниполярного ганглия заканчивается в тканях рецептором, центральный же входит в спинной мозг и участвует в формировании различных сенсорных путей.
Концевые отделы таких рецепторов вместе со слущивающимися эпителиальными клетками отмирают и отрываются, что выражается повышенной регенеративной активностью рецепторов такого строения.
С точки зрения акупунктуры важно, что в практической деятельности раздражению подвергаются рецепторы кожи и слизистых некоторых участков тела (носовая перегородка).
Наиболее рыхлые "клубочки" пронизаны соединительнотканными волокнами и являются рецепторами растяжения, другие относительно обособлены от окружающих тканей, выполняя роль рецепторов давления (С.
Установлено, что тельца Фатер - Паччини являются рецепторами механического давления, колбы Краузе температуры, Гольджи - Маццони давления и растяжения, Мейснера тактильных раздражителей.
Характерной особенностью рецепторов внутриорганных сосудов является то, что они охватывают своими разветвлениями и участок окружающей ткани (сосудисто - тканевые рецепторы).
Возникший в рецепторах нервный импульс потенциал действия сенсорного волокна доходит до первой релейной станции обработки (перцепции) афферентного потока в центральной нервной системе.
В свою очередь, в составе передних корешков содержатся афференты вегетативной нервной системы (волокна типа В и С), рецепторы которых расположены во внутренних органах, в сосудах конечностей и туловища.
Альфа - большие нейроны обеспечивают фазическое сокращение мышц, альфа - малые - тоническое, Гамма - нейроны иннервируют нервно - мышечное веретено (рецептор), обеспечивая возвратную проприоцептивную афферентацию в механизмах построения движения.
Использование проприоцептивного афферентного потока ограничено анатомическими особенностями иннервации этих двух черепных нервов мышцы, содержащие эти группы рецепторов, немногочисленны и труднодоступны для акупунктурного воздействия (гортань, глотка).
Существует еще одна группа нейронов - g-эфференты, возбуждение которых не сопровождается видимым сокращением мышцы, а меняется состояние возбудимости проприорецептора в результате деформации участка мышцы внутри проприоцептора, т.
Также рекомендуется:
Основы прикладной кинезиологии
Двигательные центры спинного мозга
Простейшие рефлексы спинного мозга
Движения
Зрение
Свет поглощается фоторецепторами глаза, содержащими зрительный пигмент, преобразующий энергию квантов света в нервные сигналы; от спектра поглощения пигментов зависит диапазон воспринимаемого света.
За фоторецепторами - палочковыми и колбочковыми клетками - следует система из нескольких этажей нервных клеток, анализирующих поступающие от фоторецепторов сигналы.
жёлтое пятно и особенно его центральная ямка (фовеа), плотность рецепторов (колбочек) в которой достигает 1,8o105 на 1 мм; обеспечивает высокую пространственную разрешающую способность глаза, или остроту З.
Известен ряд механизмов адаптации: изменение диаметра зрачка (диафрагмирование), ретиномоторный эффект (экранирование рецепторов зёрнами светонепроницаемого пигмента), распад и восстановление зрительного пигмента в палочках, перестройка в нервных структурах сетчатки.
Возникшие гидромеханические колебания приводят к колебаниям улитковой перегородки (основная, или базилярная, мембрана с расположенным на ней рецепторным аппаратом; см.
ПВ возбуждают, кроме обонятельных рецепторов, также чувствительные окончания волокон тройничного нерва, которые находятся в слизистой оболочке носа и служат неспецифическими рецепторами "общей химической чувствительности".
От антенны насекомых удаётся зарегистрировать в ответ на стимуляцию ПВ электрические потенциалы двух типов: медленную электроантеннограмму (аналог электроольфактограммы) и нервные импульсы отдельных рецепторов (рис.
У многих насекомых, помимо набора рецепторов с низкой избирательностью и широким диапазоном воспринимаемых веществ, напоминающих по свойствам обонятельные рецепторы позвоночных, обнаружен др.
Но в дофаминергической системе существуют также ауторецепторы, расположенные на теле нейронов, аксонах, дендритах и терминалях, которые реагируют на собственный дофамин, регулируя его синтез и выделение.
Их от Д2-рецепторов отличает способность стимулировать активность фермента аденилатциклазы, которая в свою очередь участвует в синтезе второго мессенджера - цАМФ.
Картирование Д1-рецепторов дало менее убедительные результаты, однако было установлено, что они преобладают в коре больших полушарий, особенно в области префронтальной коры, где имеются и Д2-рецепторы.
Так, фенотиазины блокируют Д1- и Д2-рецепторы; галоперидол и пимозид являются более сильными блокаторами этих рецепторов; сильным антагонистом считается также сульпирид.
С ним связывают развитие побочных явлений при лечении нейролептиками, в частности с гиперчувствительностью рецепторов в стриатуме - развитие экстрапирамидных расстройств.
Такой атипичный нейролептик, как клозапин (лепонекс), связывает не только Д2-, но в большей степени Д1-рецепторы и рецепторы других нейрохимических систем (серотониновые, ацетилхолиновые и др.
Специфические ингибиторы альфа1-рецепторов обладают антигипертензивными свойствами, альфа2-рецепторы в большой степени определяют активность центральной и периферической адренергической систем.
Функционирование холинергической системы определяют мускариновые ацетилхолиновые рецепторы - Ml и М2, различающиеся по вторичным внутриклеточным процессам (вторичные мессенджерные системы).
Быстрое развитие торможения нейрональной активности путем активации глициновых и ГАМКергических рецепторов опосредовано открытием ионных хлорных каналов, что позволяет ионам С1 проникать в нейрон, вызывая их гиперполяризацию.
Помимо структурно организованных нейрохимических систем, большую роль в функциях мозга играют и другие нейротрансмиттеры и рецепторы, в числе которых должны быть названы возбуждающие аминокислоты и гистамин.
Опосредуют эффекты глютамата три главных рецептора, дифференцирующихся по их основным специфическим агонистам, - N-метил-О-аспартат (NMDA), квискуалат и каинат, т.
Продолжительная стимуляция таких рецепторов может вызывать дегенерацию нейронов, в то время как аксоны тех же клеток, особенно на отдаленных от тела нейрона участках, остаются сохранными.
Она может быть вызвана, например, инъекцией в полосатое тело каиновой или хинолиновой кислоты (эндогенный метаболит триптофана), которые действуют и на NMDA-рецепторы, приводя к развитию нейродегенеративного процесса, напоминающего гистологическую картину хореи Гентингтона.
Но изучение его рецепторов и их фармакологических свойств, особенно с помощью новейших методов прижизненной визуализации мозговых структур и связывания рецепторов соответствующими агонистами, позволило рассматривать это физиологически активное вещество как нейротрансмиттер, которому соответствуют специфические рецепторы.
Они по-разному влияют на внутриклеточные вторично-мессенджерные процессы: Н1-рецепторы стимулируют фосфоинозитидиновую систему, а Н2-рецепторы активируют аденилатциклазную систему.
Области, в которых распределены разные эндогенные опиаты, имеющие и разные типы рецепторов, "перекрываются" между собой, а также с зонами локализации структурно-химических компонентов других систем, в частности дофаминовой.
Snyder (1973) эндогенных морфинов и опиатных рецепторов по своему значению вышло далеко за пределы проблемы нейропептидов, поскольку оно положило начало изучению эндогенных соединений с выраженным психотропным эффектом (некоторые эндорфины активнее морфина), которые имеют специфические рецепторные структуры к ним.
Удивительно, но хотя принципиальный механизм работы рецепторов давно понятен, конкретный белок, который выступает в качестве рецептора соленого вкуса, до сих пор не найден.
Схематическое изображение ионного канала
Изображение: пресс-служба «Роснано»
С кислым, как и с многими другими вкусами, существует большая вариабельность в восприимчивости, которая, полагают ученые, зависит от уровня синтеза соответствующих рецепторов в разном возрасте.
Первые относятся к группе рецепторов GPCR (G protein-coupled receptor — G белок-опосредованные рецепторы), за открытие которых в 2012 году Роберт Лефковиц и Брайан Кобилка получили Нобелевскую премию.
При связывании сигнальной молекулы (например, сахара) снаружи от клетки, рецепторы активируют G-белок, который присоединен к нему изнутри (в случае вкусовых рецепторов он называется гастдуцин).
Горькое
Горькое — цикорий, грейпфрут
Фото: Фотобанк PressFoto
Если рецепторов для сладкого всего два, то горький вкус гораздо сложнее — для него существует целых 25 вариантов рецепторов, принадлежащих к подгруппе T2R.
В зависимости от варианта гена рецептора (TAS2R38), люди либо воспринимают эти компоненты как очень горькие (в среднем, это около 70 процентов популяции), либо не чувствуют вовсе.
Долгое время было непонятно, каким образом это происходит, и только в последние годы было показано, что молекулы рибонуклеотидов связываются с рецепторами глутамата, усиливая таким образом взаимодействие между белком и его главным лигандом.
Жирное
Жирное — сливки, масло
Фото: Фотобанк PressFoto
Если мы способны распознавать на вкус пищу, богатую углеводами (сладкую) и белками (умами), логично предположить, что должен существовать рецептор и для третьей составляющей рациона — жиров.
Эти рецепторы не только сигнализируют нам о том, что пища жирная, а значит энергетически ценная, но и запускают сложную цепочку гормональных реакций, результатом которой становится выделение пищеварительных ферментов, в частности, липазы, и изменение пищевого поведения.
Из-за этой причинно-следственной связи (рецептор — пищевое поведение), а также из-за выраженной связи между тягой к жирной пище и разными вариантами гена CD36, новый вкус сразу же стал объектом пристального изучения.
Благодаря этим рецепторам у нашего языка есть уникальная возможность чувствовать жар и холод одновременно — попробуйте поесть перчика и запить его мятным чаем.
Еще более сложной картину делает тот факт, что искусственные подсластители, типа сахарина, приводят к ощущению металлического привкуса во рту через активацию упомянутого выше рецептора TRPV1.
На молекулярном уровне основные открытия в ней начались только в последние 20 лет, — например, рецепторы для основных вкусов были идентифицированы лишь в начале 2000-х годов.
была обнаружена другая
значительная группа рефлексов, вызываемых раздражением рецепторов мышц, которые
по своему внешнему проявлению, казалось бы, резко отличны от сухожильных
рефлексов.
Так как и сухожильные рефлексы, и рефлексы растяжения вызываются
раздражением рецепторов мышечного аппарата, то они обычно объединяются под
названием собственных рефлексов мышц.
Двигательный аппарат отличается наличием очень специализированных и сложно
устроенных рецепторных структур, которые могут быть разделены на два основных
типа.
Кроме этих основных типов, в двигательном аппарате есть и другие, более
простые рецепторы, в том числе свободные нервные окончания, Они, по-видимому, не
связаны с собственными рефлексами мышц, а представляют собой болевые окончания.
Можно
себе представить несколько схематически, что механическое действие мышечного
сокращения на собственно мышечные и сухожильные рецепторы в какой-то степени
противоположно.
Специальные исследования зависимости между различными видами собственных
рефлексов реакций мышц и особенностями импульсации, поступающей от различных
групп рецепторов двигательного аппарата, показали, что основой возникновения как
сухожильных рефлексов, так и рефлексов растяжения являются сигналы от рецепторов
мышечных веретен.
Однако можно довольно просто
убедиться, что к возникновению этих рефлексов рецепторы сухожилия отношения не
имеют и что основой рефлекса является вызываемое ударом кратковременное
растяжение мышцы.
Может показаться странным и то обстоятельство, что возбуждение одних и тех
же мышечных рецепторов вызывает две очень различные по своему проявлению
рефлекторные реакции.
Причина
различия в этом случае заключается, очевидно, только в том, что в связи с
различным видом механического действия афферентная импульсация, поступающая от
рецепторов мышечных веретен, оказывается различным образом организованной во
времени.
Аннуло-спиральные рецепторы сигнализируют в зависимости от скорости растяжения
мышцы, они и быстрее адаптируются, гроздьевидные окончания более чувствительны к
изменению длины мышцы и медленнее адаптируются, поэтому они дают более стойкий
разряд афферентных импульсов, способствуют поддержанию тонического характера
рефлекторной реакции.
Если таким образом и сухожильные рефлексы и рефлексы растяжения связаны с
возбуждением рецепторов мышечных веретен, то какова же функция рецепторов,
расположенных в сухожилиях и, в частности, рецепторов Гольджи.
Возбуждение афферентных волокон, которые
идут от рецепторов Гольджи, вызывает развитие тормозящих постсинаптических
потенциалов в соответствующих мотонейронах и прекращает рефлекторный тонус мышцы
при ее чрезмерном растяжении.
Однако
можно думать, что поскольку оба рефлекса вызываются возбуждением одних и тех же
рецепторов, следовательно, одних н тех же афферентных волокон, то они связаны с
деятельностью одних и тех же центральных механизмов.
Одним из условий, которые обеспечивают исключительную быстроту передачи
соответствующих нервных влияний, является строение афферентных волокон, которые
идут от мышечных рецепторов.
Поэтому группа
I подразделяется на подгруппу Iа и подгруппу Ib; афферентные волокна от
рецепторов мышечных веретен относятся к группе Iа, а афферентные волокна от
рецепторов сухожилий - к группе Ib.
Однако это сокращение сопровождается очень существенными изменениями
деятельности самих мышечных рецепторов, а именно, резким повышением частоты
идущего от них афферентного разряда.
Таким образом, собственный рефлекс мышцы,
начинаясь от ее рецепторов и замыкаясь через спинной мозг, вызывает не только
обычную ответную реакцию, но и изменения в тех рецепторах, от которых он
начался.
При некоторых повреждениях ствола головного мозга
происходит существенное увеличение активности гамма - мотонейронов, это
увеличение активности, вызывая сокращение интрафузальных волокон, резко
увеличивает афферентные разряды в мышечных рецепторах.
Однако во многих случаях
основой мышечной ригидности является, вероятно, усиление активности гамма -
мотонейронов и повышение разряда мышечных рецепторов, которые уже вторично через
механизм собственных рефлексов усиливают мышечный тонус.
Другим источником тормозящих влияний на такие рефлексы являются кожные
рецепторы, возбуждение которых в большинстве случаев приводит к развитию
сгибательного рефлекса, т.
Заканчивая рассмотрение собственных рефлексов мышц, следует отметить также
то обстоятельство, что афферентная импульсация, которая поступает от мышечных
рецепторов и вызывает эти рефлексы, используется в центральной нервной системе
не только для осуществления таких простых реакций.
Импульсация от мышечных н сухожильных рецепторов,
поступающая по этому пути, перерабатывается в мозжечковых структурах и
используется затем уже для создания нисходящих влияний, регулирующих состояние
скелетной мускулатуры.
В результате многочисленных исследований
функций других рецепторов было подтверждено общее правило: раздражение вызывает
в конечных рецепторных структурах локальный деполяризационный потенциал,
достигающий критического уровня и передающийся по афферентным нервным
волокнам.
Периферический отросток (дендрит) растет на
периферию в составе смешанного нерва и, покрываясь миелином, становится
чувствительным нервным волокном, формируя в тканях рецептор.
Лечебные эффекты АП при воздействии
на точки акупунктуры реализуются через многие уровни нервной системы,
периферический отдел которой представлен рецепторами.
Отрицая
наличие особых морфологических субстратов, входящих в ТА, следует отметить
высокую концентрацию рецепторов, сосудов и богато иннервированных сосудистых
сплетений, гистиоцитов и других нормальных элементов соответствующих тканей в
зоне любой ТА.
Периферический отросток
псевдоуниполярного ганглия заканчивается в тканях рецептором, центральный же
входит в спинной мозг и участвует в формировании различных сенсорных
путей.
Концевые отделы таких
рецепторов вместе со слущивающимися эпителиальными клетками отмирают и
отрываются, что выражается повышенной регенеративной активностью рецепторов
такого строения.
С
точки зрения акупунктуры важно, что в практической деятельности раздражению
подвергаются рецепторы кожи и слизистых некоторых участков тела (носовая
перегородка).
Наиболее
рыхлые "клубочки" пронизаны соединительнотканными волокнами и являются
рецепторами растяжения, другие относительно обособлены от окружающих тканей,
выполняя роль рецепторов давления (С.
Установлено, что тельца Фатер - Паччини
являются рецепторами механического давления, колбы Краузе температуры, Гольджи -
Маццони давления и растяжения, Мейснера тактильных раздражителей.
Характерной особенностью рецепторов внутриорганных сосудов является то,
что они охватывают своими разветвлениями и участок окружающей ткани (сосудисто -
тканевые рецепторы).
лежит в основе формирования
условий, при которых в мембране рецепторов происходит сдвиг потенциала покоя
клетки до критического порога деполяризации с последующей генерацией потенциала
действия сенсорного волокна.
)
Возбуждение других групп рецепторов невозможно вследствие их анатомической
локализации (вкусовые, обонятельные, зрительные, слуховые, вестибулярные
рецепторы, хеморецепторы, а так же рецепторы многих внутрених органов).
Таким образом, в реализации лечебных эффектов АП принимает участие
ограниченное количество рецепторов, располагающихся на разной глубине в коже, в
фасциях, надкостнице, мышцах, сосудах и нервах, доступных раздражению с
поверхности тела.
Возникший в рецепторах нервный
импульс потенциал действия сенсорного волокна доходит до первой релейной станции
обработки (перцепции) афферентного потока в центральной нервной системе.
Отростки
нейронов обеспечивают проведение нервного импульса от рецепторов или других
нейронов до следующих нейронов, а так же на периферию до эфферентных
исполнителей.
В свою очередь, в составе передних корешков содержатся афференты
вегетативной нервной системы (волокна типа В и С), рецепторы которых расположены
во внутренних органах, в сосудах конечностей и туловища.
Альфа - большие
нейроны обеспечивают фазическое сокращение мышц, альфа - малые - тоническое,
Гамма - нейроны иннервируют нервно - мышечное веретено (рецептор), обеспечивая
возвратную проприоцептивную афферентацию в механизмах построения движения.
Использование
проприоцептивного афферентного потока ограничено анатомическими особенностями
иннервации этих двух черепных нервов мышцы, содержащие эти группы рецепторов,
немногочисленны и труднодоступны для акупунктурного воздействия (гортань,
глотка).
Однако на самом
деле это не так, потому что большинство рецепторов цвета имеют широкую кривую
ответов и генерируют импульсы - во всяком случае, в известной степени - в
довольно широком диапазоне длин волн.
Чтобы свет в нашем восприятии был окрашен, нужно не меньше двух
типов рецепторов, причем у каждого из них кривая ответов на разные длины волн
отличается от кривой для другого нейрона.
Нервный
импульс, идущий по слуховому нерву, по своей биофизической природе ничем не
отличается от нервного импульса, идущего в мозг от зрительного, обонятельного
или тактильного рецептора.
Первоначально его исследования касались тех областей коры, где
имеется проекция поверхности тела и нейроны реагируют на сигналы от рецепторов,
находящихся в коже или под кожей, но в дальнейшем справедливость полученных
выводов была подтверждена и для зрительной системы.
Соответствие нейронов оригиналу проявляется при актуализации
последнего: воздействующие объектысвойства активируют только соответствующие
этому оригиналу рецепторы и нейроны.
Они изливаются в зазор между клетками
(синаптическую щель), достигают поверхности другого нейрона и
связываются там со специальными белками-рецепторами, встроенными в
мембрану.
Но в отличие от
электрического реле синапс срабатывает не однозначно, а с некоторой
вероятностью, зависящей от интенсивности приходящих импульсов,
количества выделяющегося медиатора и числа рецепторов к нему в
мембране нейрона-получателя.
До сих пор не ослабел поток
работ, посвященных открытию новых рецепторов, ферментов, молекул-передатчиков,
вовлекаемых в процессы синаптической пластичности.
одним из наиболее важных событий, которое следует сразу после контакта аксона с дифференцирующимся мышечным волокном является быстрый сбор (в течение минут) до этого диспергированных ацетилхолиновых рецепторов под формирующимся нервным окончанием.
В головном мозге взрослых, glutamatergic синапсы обычно содержат смесь этих двух рецепторов и их эффективность в передаче пресинаптических сигналов зависит от количества присутствующих рецепторов, а также от соотношения AMPA и NMDA рецепторов.
В статье Склонность к наркомании и азартным играм связана с неспособностью учиться на своих ошибках
Известно, что люди, у которых на поверхности клеток мозга понижено число дофаминовых рецепторов определенного типа (D2), чаще становятся алкоголиками и наркоманами.
Германские нейробиологи предположили, что, возможно, недостаток дофаминовых рецепторов снижает способность людей учиться на собственных ошибках, то есть делать правильные выводы из негативного опыта и не повторять поступков, которые привели к дурным последствиям.
Нарушение работы дофаминовых нейронов (например, из-за недостатка дофаминовых рецепторов, как у носителей аллеля А1) может приводить к игнорированию негативного опыта.
Согласно предложенной концепции, последовательное поступление
информации от рецепторов приводит к повторному движению возбуждения по
указанному кольцу, обеспечивая постоянное сопоставление сигналов, приходящих из
внешней и внутренней среды, что и составляет психический мониторинг
происходящих изменений.
Это можно отнести за счёт того, что контактное восприятие, как
правило, включено в активное, преднамеренное действие, которое само управляет
вниманием; легко видеть, что в этих случаях внимание может быть осознанно
переключено и на само периферическое (рецепторное) звено средства восприятия.
При этом, не получая сигналы от самих исполнительных органов (их рецепторы тоже заторможены), мы, однако, "видим" образы, сопровождающие представления о движениях, которые возникают при каждом пока еще не реализованном движении в прогнозе их исполнения (образы т.
Этот анализатор имеет свои
рецепторы и детекторы, он анализирует биохимический состав внутренней среды
мозга и интерпретирует его в категориях эмоций и настроения.
Этот результат оценивается по шкале "хорошо-плохо" для организма (множеством самых разных рецепторов, общий отклик которых создает эмоциональный фон "системы оценки-значимости") и, соответственно, если плохо, то этот кусок памяти блокирует поведенческие программы, приведшие к ошибке, а если хорошо, то, наоборот, эти программы становятся еще более "уверенными", подвозбужденными, т.
В это понятие вкладывается снижение метаболического оборота
серотонина, что сопровождается повышением числа и аффинности некоторых видов
серотониновых рецепторов и снижением аффинности серотонинового транспортера
нейроцитов, обеспечивающего обратный захват.
Это можно отнести за счёт того, что контактное восприятие, как
правило, включено в активное, преднамеренное действие, которое само управляет
вниманием; легко видеть, что в этих случаях внимание может быть осознанно
переключено и на само периферическое (рецепторное) звено средства восприятия.
Неподвижность
руки приводила к уменьшению сигналов от динамических окончаний веретен и к
адаптации тактильных рецепторов, что снижало проприоцептивную афферентацию.
Это 3-ий высший уровень интегрального поведения, возникший
на основе совершенствования рецепторно-анализаторного аппарата животных, резко
обогатившего восприятие внешнего мира.
Наряду с передачей интенсивности того или иного
воздействия (уровень активации рецепторов), его адресность (место расположения
рецепторов) и модальность (качественная специфика рецепторов) должны были
кодироваться на знаковом уровне и, что очень важно, быть доступными в их оценке
самому животному.
Таким образом, на определенном этапе развития животного мира,
когда в интегративном поведении высокоорганизованных животных ведущим фактором
стала условнорефлекторная деятельность, возникла необходимость в появлении
самооценочных функций состояния в рецепторно-анализаторной области мозга,
которые определяют и модальность, и адресность, и интенсивность воздействия.
Иммуноцитохимические исследования с использованием антител к специфическому маркеру дендритов - связанному с микротрубочками белку 2 (МАР2) и субъединицам каинатных рецепторов GluR5,6,7 подтвердили эти находки [17, 36].
Нельзя не учитывать и того, что рецепторы глутамата и сам глутамат играют важную роль в регуляции миграции нейронов, в развитии их отростков и синаптогенезе; их дисфункция может быть важным фактором, определяющим нарушения развития нейронов и их связей, а это касается другой гипотезы рассматриваемого заболевания - гипотезы нарушения развития мозга при шизофрении [104, 160].
Глутаматергическая нейромедиация в гиппокампе при шизофрении исследовалась до сих пор преимущественно с точки зрения содержания в гиппокампе и экспрессии рецепторов глутамата.
Применение количественных радиолигандных методов для исследования плотности связывания глутаматных рецепторов в гиппокампе при шизофрении дало достаточно противоречивые результаты.
Ионотропные рецепторы, наиболее часто привлекающие внимание исследователей шизофрении, включают 3 основных подтипа в соответствии с их основными лигандами: NMDA - (N-methyl-D-aspartic acid), AMPA - (alpha-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid) и каинат-связывающие рецепторы.
Пониженный уровень связывания каинат- и АМРА-зависимых глутаматных рецепторов в гиппокампе при шизофрении, обнаруженный в относительно ранних работах, не был подтвержден другими исследователями.
Данные, касающиеся плотности связывания рецепторов NMDA-типа в гиппокампе, также оказались противоречивыми: снижение плотности связывания, найденное некоторыми авторами при шизофрении, не нашло подтверждения в других работах.
Существенный прогресс был достигнут благодаря использованию метода гибридизации in situ, позволившему исследовать экспрессию мРНК для белков субъединиц рецепторов.
Региональный анализ экспрессии некоторых субъединиц АМРА и каинатных рецепторов (GluR2, KA2 и GluR6) позволил выявить избирательное снижение в СА3-области гиппокампа [47, 123].
Показано также пониженное содержание соответствующих белков некоторых субъединиц АМРА-рецепторов [48] и подавление иммунореактивности для GluR5,6,7 субъединиц каинатных рецепторов на дендритах пирамидных нейронов гиппокампа [17].
Что касается NMDA-рецепторов, использование гибридизации in situ позволило выявить, что уровень мРНК NR1-субъединицы рецептора понижен, тогда как уровень мРНК для NR2B-субъединицы повышен в ряде областей гиппокампа [61].
Снижение уровня мРНК для NR1-субъединицы NMDA-рецепторов, причем преимущественно в зубчатой фасции и СА3 области гиппокампа, в дальнейшем было подтверждено и другими исследователями [98].
Поскольку NMDA-рецепторы, локализованные на пирамидных нейронах гиппокампа, состоят преимущественно из NR1-, NR2A- и NR2В-субъединиц [63], описанные выше диспропорции в экспрессии мРНК для субъединиц NMDA-peцептopoв в гиппокампе могут означать, что состав этих рецепторов, локализующихся на пирамидных нейронах, может быть аномальным при шизофрении, что и приводит к нарушениям NMDА-зависимой синаптической передачи.
Другая линия свидетельств дисфункции NMDA-рецепторов гиппокампа при шизофрении связана с изменениями содержания глицина и D-серина, эндогенных агонистов глицинчувствительного сайта этих рецепторов, а также активности и экспрессии ферментов их метаболизма.
Хотя в одной из работ были выявлены существенные различия в частотном распределении аллелей для одного из подтипов метаботропных рецепторов [43], при изучении экспрессии соответствующих генов существенных изменений в гиппокампе при шизофрении обнаружено не было [119].
[15, 18] было показано достоверное увеличение плотности связывания ГАМКА-рецепторов, наиболее выраженное в СА3 и СА4 областях гиппокампа, а также в субикулуме, пресубикулуме и гранулярном слое зубчатой фасции.
При этом в СА3 области гиппокампа связывание ГАМКА-рецепторов не изменялось на пирамидных нейронах, но возрастало троекратно на интернейронах в гиппокампе пациентов по сравнению с контролем.
Обратная направленность изменений характерна для распределения ГАМКB-рецепторов: интенсивность метки существенно снижалась при шизофрении на пирамидных нейронах гиппокампа и гранулярных нейронах зубчатой фасции, но не на интернейронах в гиппокампе [114].
Важно отметить, что при экспериментальных исследованиях влияния нейролептиков на плотность связывания и экспрессию глутаматных и ГАМК-рецепторов в гиппокампе были выявлены изменения, противоположные тем, которые обнаружены при шизофрении.
Плотность связывания каинатных рецепторов также возрастала [130], а экспрессия NR2A-субъединицы NMDA-рецепторов снижалась в гиппокампе экспериментальных животных под воздействием как оланзапина, так и галоперидола [131].
Однако по данным других авторов, плотность связывания меченных лигандов NMDA-, но не каитными рецепторами, снижалась под воздействием оланзапина и рисперидона в гиппокампе крыс [145].
Установлено, что атипичные нейролептики (оланзапин и клозапин), но не типичные нейролептики (галоперидол и хлорпромазин), способны существенно снижать плотность связывания ГАМКА-рецепторов в гиппокампе крыс [55].
В экспериментальных исследованиях были получены прямые доказательства того, что устойчивые нарушения поведения у животных, вызываемые фенциклидином, прямо связаны с дисфункцией глутаматных NMDА-рецепторов в гиппокампе [51].
Таким образом, исследования как синаптических маркеров, так и рецепторов глутамата и ГАМК в гиппокампе при шизофрении свидетельствуют о нарушении межнейрональных связей.
Изменения экспрессии как синаптических маркеров, так и рецепторов, в основном не связаны с антипсихотической терапией и обладают определенной региональной специфичностью с локализацией преимущественно в СА3 области гиппокампа.
Напротив, результаты некоторых исследований свидетельствуют, что даже на поздней стадии болезни Альцгеймера, несмотря на существенную потерю нейронов, наблюдается относительно сохранный уровень экспрессии многих субъединиц рецепторов глутамата и ГАМК [9, 126], что расценивается авторами как результат компенсаторной гиперэкспрессии этих белков оставшимися нейронами.
Высокую эффективность многих атипичных нейролептиков (клозапин, оланзапин) связывают частично с их способностью стимулировать NMDA-peцепторы [37], а также блокировать определенную субпопуляцию ГАМКА-рецепторов, локализованных на интернейронах гиппокампа [138], способствуя нормализации тормозного контроля.
Введение в терапевтические схемы глицина и D-серина (коагонистов NMDA-рецепторов) способно существенным образом улучшать когнитивные функции у пациентов, в том числе и за счет их взаимодействия с рецепторами гиппокампа [63, 96].
Определенные перспективы связаны с использованием инверсных агонистов ГАМКА-рецепторов, содержащих α5-субъединицу и экспрессирующихся почти исключительно в гиппокампе.
Например понятие «опиоиды»
подразумевает вещества, имеющие в той или иной степени мишенью воздействия
опиатные рецепторы, но к ним могут относиться опиаты (морфин, героин) с одной
стороны и фенциклидин, алкоголь, кетамин с другой.
Последующие исследования показали, что LSD имеет аффинитет не только для
серотониновых рецепторов, но также и для рецепторов гистамина, ацетилхолина,
дофамина и катехоламинов: адреналина и норадреналина.
LSD и другие психоделики угнетают
активность нейронов ядер шва, действуя на рецепторы, через которые
осуществляется латеральное торможение посредством аксональных коллатералей и
дендро-дендритических взаимодействий; они относятся к 5-НТ1А-подтипу
серотониновых рецепторов.
5-НТ1А рецепторы локализуются как пресинаптически на
клеточных телах и дендритах нейронов nuclei raphe (соматодендритические
ауторецепторы), так и постсинаптически в гиппокампе, неокортексе, в нескольких
ядрах миндалины и гипоталамусе.
Между пресинаптическими и
постсинаптическими 5-НТ1А рецепторами существует важное различие: действие LSD
на ауторецепторы является полным агонистическим, тогда как на постсинаптические
5-НТ1А рецепторы - парциальным агонистическим (т.
Все вещества этой группы, несмотря на
разную химическую структуру (индолалкиламины и b -фенилэтиламины), являются
мощными агонистами этого подтипа серотониновых рецепторов; кроме того,
аффинность индоламинов и фенилэтиламинов к 5-НТ2А/2С рецепторам у человека четко
коррелирует с их психоделической активностью.
Выделение серотонина регулируется по принципу отрицательной обратной связи
посредством ауторецепторов (находящихся на пресинаптической мембране), то есть
стимуляция этих рецепторов приводит к ингибированию выделения серотонина.
Эта теория кажется
справедливой, но в настоящее время она подвергается критики, так как до сих пор
не обнаружены пресинаптические 5-НТ1 ауторецепторы, а постсинаптические 5-НТ1
доказано существуют.
Пока роль этих рецепторов до конца не изучена, некоторые
исследователи выдвигают гипотезу, что 5-НТ1 рецепторы могут быть вовлечены в
регуляцию норадреналина.
Основные
психические и поведенческие эффекты PCP опосредуются рецепторами возбуждающих
аминокислот, особенно рецепторами N-метил-В-аспартата (NMDA), подтипом
глутаматных рецепторов.
Сенсорной системой, способной существенно (до 50%) влиять на ритм полета, является система четырех рецепторов растяжения, расположенных по одному в основании каждого крыла.
При этом механическому воздействию подвергаются периферические отростки, дендриты, рецепторной клетки, конечным результатом чего является посылка в нервные центры саранчи импульсов определенного характера.
Вот, например, какие сигналы посылает рецептор растяжения переднего крыла перелетной саранчи во время движения крыловой пластинки с частотой 2, 10 и 20 циклов в 1 с (рис.
jpg" alt="Характер разрядов рецептора растяжения крылового сочленения при различных ритмах ударов крыла" width="400" height="164" data-pagespeed-url-hash="2637232991" />Характер разрядов рецептора растяжения крылового сочленения при различных ритмах ударов крылаВо время полета, когда ритм крыловых ударов достигает 20 циклов в 1 с, рецепторы растяжения уже не дают никакой информации о характере движения крыла за исключением сведения о наличии самого движения.
Эти ученые установили, что перерезка нервов, несущих импульсацию от рецепторов растяжения в центральную нервную систему, сказывается на частоте моторных команд однонаправленно: ритм полета уменьшается.
Остается добавить, что влияние каждого из индивидуальных рецепторов растяжения не имеет «местного значения» для соответствующего крыла, а равномерно распределяется на всю летательную систему насекомого.
Поскольку эффект изменения активности соответствующего рецептора растяжения распределялся равномерно на всю летательную систему, о результате можно было судить, измеряя частоту работы любого из остальных крыльев или регистрируя импульсы, приходящие к мышцам крылового мотора, с помощью тонких электродов.
«Измерительным устройством» здесь служат рецепторы растяжения (для простоты на схеме показаны два рецептора из четырех), импульсные потоки от которых подаются на блок сравнения.
Если, однако, отклонение в горизонтальной плоскости от прямолинейного полета все же произошло, то оно воспринимается зрением, а также ветрочувствительными рецепторами головы, которые стимулируются при этом асимметрично.
Сигналы от этих рецепторов поступают к нейронам крыловых мышц прямого действия, мышцы изменяют величину скручивания нужного крыла, и прямолинейность полета восстанавливается (Параллельно команды подаются к мышцам второй и третьей пары ног соответствующей стороны тела и к мышцам брюшка.
Саранча может и другим способом влиять на величину скручивания крыльев, но уже с помощью рецепторов самих крыльев — колоколовидных сенсилл, располагающихся на нижней поверхности каждого крыла и ориентированных определенным образом.
Однако, помимо рассмотренных рецепторов, в стабилизации полета насекомого могут косвенно участвовать и многие другие рецепторы, не имеющие к регуляции полета прямого отношения.
И, хотя у насекомых в отличие от большинства других животных нет специализированного органа гравитации, о наклонах вперед, назад или вбок и вызванных ими перераспределениях веса тех или иных частей тела сообщат в центры рецепторы головы, туловища и ног.
Мы видели, как запускается и поддерживается полет насекомого, какие рецепторы оказываются при этом «задействованными», какие сигналы и по каким путям от них поступают в центры, как на эти сигналы реагируют центры, какие команды к мышцам крылового мотора они посылают, как этот мышечный мотор работает.
Если ветра нет, то обе эти скорости равны, и саранча может оценить скорость своего полета относительно земли с помощью любой системы рецепторов (С помощью двух названных афферентных систем саранча, видимо, узнает о появлении ветра.
Если саранча летела в безветрие и вдруг подул попутный или встречный ветер, неизбежно возникнет рассогласование в показаниях зрительной системы и системы рецепторов головы).
Остальные страницы в количестве 623 со вхождениями слова «рецептор» смотрите здесь.
Дата публикации: 2020-08-22
Оценить статью можно после того, как в обсуждении будет хотя бы одно сообщение.
Об авторе:Статьи на сайте Форнит активно защищаются от безусловной веры в их истинность, и авторитетность автора не должна оказывать влияния на понимание сути. Если читатель затрудняется сам с определением корректности приводимых доводов, то у него есть возможность задать вопросы в обсуждении или в теме на форуме. Про авторство статей >>.