Hvordan fungerer den menneskelige hjernen?

Hjernen fungerer som en strukturell og funksjonell enhet som hovedsakelig består av to typer celler: neuroner og glialceller. Det er anslått at det er rundt 100 milliarder nevroner i hele det menneskelige nervesystemet og om lag 1000 milliarder glialceller (det er 10 ganger mer glialceller enn nevroner).

Neuroner er høyt spesialiserte og deres funksjoner er å motta, behandle og overføre informasjon gjennom forskjellige kretser og systemer. Prosessen med å overføre informasjonen utføres gjennom synaps, som kan være elektrisk eller kjemisk.

Glialcellene derimot er ansvarlige for å regulere hjernens indre miljø og forenkle prosessen med nevronkommunikasjon. Disse cellene er arrangert gjennom hele nervesystemet dannes dersom de er strukturert og er involvert i prosessene for utvikling og dannelse av hjernen.

Tidligere ble det antatt at glialceller bare dannet strukturen i nervesystemet, derfor den berømte myten at vi bare bruker 10% av hjernen vår. Men i dag vet vi at det oppfyller mye mer komplekse funksjoner, for eksempel, er relatert til reguleringen av immunsystemet og cellulære plastisitetsprosesser etter å ha lidd en skade.

I tillegg er de essensielle for at nevronene skal fungere riktig, siden de letter neuronal kommunikasjon og spiller en viktig rolle i transport av næringsstoffer til nevroner.

Som du kan gjette, er den menneskelige hjernen imponerende kompleks. Det er anslått at en voksen menneskehjernen inneholder mellom 100 og 500 billioner av tilkoblinger og vår galakse har ca 100 billion stjerner, så det kan konkluderes med at den menneskelige hjerne er langt mer kompleks enn en galakse (Garcia Nunez, Santin, Redolar, & Valero, 2014).

Kommunikasjon mellom nevroner: synapser

Hjernefunksjonen innebærer overføring av informasjon mellom nevroner, denne overføringen gjøres gjennom en mer eller mindre kompleks prosedyre som kalles synapse.

Synapsene kan være elektriske eller kjemiske. De elektriske synapene består i toveis transmisjon av elektrisk strøm mellom to nevroner direkte, mens det i de kjemiske synapene er mangel på mellommenn som kalles nevrotransmittere..

I utgangspunktet, når et neuron kommuniserer med et annet nevron for å aktivere eller hemme det, er de endelige virkninger som er observerbare i oppførselen eller i en fysiologisk prosess, resultatet av excitasjon og inhibering av flere nevroner langs en nevronkrets.

Elektriske synapser

De elektriske synapsene er mye raskere og enklere enn de kjemiske. Forklart på en enkel måte, består de i overføring av depolariserende strømmer mellom to nevroner som er ganske nært, nesten limt sammen. Denne typen synaps produserer vanligvis ikke langsiktige endringer i postsynaptiske nevroner.

Disse synapsene forekommer i nevroner som har et tett veikryss, hvor membranene er nesten berørt, adskilt av noen få 2-4 nm. Plassen mellom nevronene er så liten fordi deres nevroner må være forbundet med kanaler dannet av proteiner kalt connexins.

Kanalene dannet av connexins tillater innsiden av begge nevronene å være i kommunikasjon. Gjennom disse porene kan passere små (mindre enn 1 kDa) molekylene gjør kjemiske synapser er relatert til prosesser for metabolsk kommunikasjon foruten elektrisk kommunikasjon, gjennom utveksling av andre budbringere som forekommer i synapsen, slik som inositol-trifosfat ( IP₃) eller cyklisk adenosinmonofosfat (cAMP).

Elektriske synapser er vanligvis laget mellom nevroner av samme type, men elektriske synapser kan også observeres mellom neuroner av forskjellige typer eller til og med mellom neuroner og astrocytter (en type glialceller).

De elektriske synapene tillater nevroner å kommunisere på en rask måte og å koble mange neuroner synkront. Takket være disse egenskapene kan vi utføre komplekse prosesser som krever rask overføring av informasjon, som sensoriske, motoriske og kognitive prosesser (oppmerksomhet, minne, læring ...).

Kjemiske synapser

Kjemiske synapser oppstå mellom tilstøtende neuroner i en presynaptisk element er koblet til, vanligvis en axon terminal, hvilket signal, og en postsynaptisk, som vanligvis er i soma eller dendritter mottar signal.

Disse nevronene er ikke fast, det er en mellomrom mellom dem på en 20nm kalt synaptisk klype.

Det finnes forskjellige typer kjemiske synaps, avhengig av deres morfologiske egenskaper. Ifølge Grey (1959) kan kjemiske synapser deles inn i to grupper.

• Type I kjemiske synapser (Asymmetrisk). I disse synapser blir den presynaptiske komponenten dannet av aksonale terminaler som inneholder avrundede vesikler, og postsynaptisk er funnet i dendriter og det er en høy tetthet av postsynaptiske reseptorer.
• Type II kjemiske synapser (Symmetrisk). I disse synapser presynaptiske komponent er dannet av nervefiberender som inneholder ovale vesikler og postsynaptisk kan finnes både i soma og dendritter, og en redusert tetthet av postsynaptiske reseptorer i synapsene av type I. Andre forskjeller av denne type synaps sammenlignet med type I er at dens synaptiske klype er smalere (ca. 12nm).

Den type synapser avhenger involvert i denne neurotransmittere, slik at ved synapser involverte type I er eksitatoriske neurotransmittere, slik som glutamat, mens i type II-hemmende nevrotransmittere virker som GABA.

Selv om dette ikke skjer i hele nervesystemet, er det i noen områder som ryggmargen, substantia nigra, basalganglia og colliculi, GABA-ergiske synapser med en struktur av type I.

En annen måte å klassifisere synapser er i henhold til presynaptiske og postsynaptiske komponenter som danner dem. For eksempel er hvis både presynaptiske komponent et axon og dendrite kalles postsynaptiske synapse axodendríticas dermed kan finne axoaxónicas synapser, axosomatic, dendroaxónicas, dendrodendríticas ...

Typen synaps som forekommer hyppigst i sentralnervesystemet er type I (asymmetriske) axospinøse synapser. Det er anslått at mellom 75-95% av synapsene i hjernebarken er type I, mens bare mellom 5 og 25% er type II synapser.

Kjemiske synapser kan oppsummeres ganske enkelt som følger:

1. Et handlingspotensial når aksonterminalen, det åpner kalsiumionekanalerne (Ca²⁺) og en strøm av ioner frigjøres i det synaptiske spaltet.
2. Strømmen av ioner utløser en prosess der vesiklene, fulle av nevrotransmittere, binder til den postsynaptiske membranen og åpner en pore gjennom hvilken hele dets innhold frigjøres til det synaptiske klyv..
3. De frigjorte nevrotransmitterene binder til den spesifikke postsynaptiske reseptoren for nevrotransmitteren.
4. Bindingen av nevrotransmitteren til postsynaptisk neuron regulerer funksjonene til postsynaptisk nevron.

Neurotransmittere og neuromodulatorer

Nevrotransmitterkonseptet inneholder alle stoffer som frigjøres i den kjemiske synapsen og som tillater nevronkommunikasjon. Neurotransmittere oppfyller følgende kriterier:

• De syntetiseres i nevronene og er tilstede i axonterminaler.
• Når en tilstrekkelig mengde av nevrotransmitteren slippes ut, utøver den dens effekter på tilstøtende nevroner.
• Når de har fullført oppgaven, blir de eliminert gjennom mekanismer for nedbrytning, inaktivering eller gjenopptakelse.

Neuromodulatorer er stoffer som komplementerer tiltakene til nevrotransmittere ved å øke eller redusere effekten. De gjør dette ved å bli med på bestemte steder innen den postsynaptiske reseptoren.

Det er mange typer neurotransmittere, de viktigste er:

• Aminosyrer, som kan være excitatoriske, slik som glutamat eller inhibitorer, slik som y-aminosmørsyre, bedre kjent som GABA.
• acetylkolin.
• Katekolamider, som dopamin eller noradrenalin
• Indolaminer, som serotonin.
• neuropeptides.

referanser

1. García, R., Núñez, Santín, L., Redolar, D., og Valero, A. (2014). Neuroner og neurale kommunikasjon. I D. Redolar, Kognitiv nevrovitenskap (s. 27-66). Madrid: Panamericana Medical.
2. Gary, E. (1959). Axo-somatisk og aksodendritisk synaps av hjernebarken: et elektronmikroskopstudium. J.Anat, 93, 420-433.
3. Interns, H. (s.f.). Hvordan fungerer hjernen? Generelle prinsipper. Hentet 1. juli 2016, fra Science for All.