Высшая нервная деятельность (вчера, сегодня, завтра...)

Понятие ВНД;
Краткая анатомия центральной нервной системы;
Нейрон как основная структурная единица;
Типы нейронов. Синапсы;
Глия: типы, функции;
Характеристики основных мозговых структур,
их локализация, нейрохимия, функции.
Вопросы ЛЕКЦИИ:

Иван Петрович Павлов
(1849-1936)
Высшая нервная деятельность –
это формы нервной деятельности организма, направленные на его взаимодействие с внешней средой,
т.е. определяющие его поведение
ВВЕДЕНИЕ

Гомеостаз
Моторные акты
Регуляция внутренних систем
Поведение
Обучение
Память
Эмоции Мышление
Сознание

АНАТОМИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ
(L. Freberg, Discovering biological psychology, 2010)

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ
сигнал
сигнал
Сенсорн.
рецептор
Афферент.
нейроны
ЦНС
Эфферент.
нейроны
Автоном.
нейроны
Соматич.
мотонейроны
Симпатич.
Парасимпатич.
скелетн.
мускул.
энтерал.
н.с.

АЦЕТИЛХОЛИН
НОРАДРЕНАЛИН
fight or flight
rest and digest

КЛЕТКИ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ
1. Нейроны
2. Глия
3. Клетки кровеносных
сосудов
≈ 86-100 000 000 000 шт.
≈ 10-50 кл. глии на 1 нейрон
<
∑ 640 км/ за 2 сек

МОЗГ В ЦИФРАХ
(для высших млекопитающих)

3 миллиарда пар нуклеотидов – биологическая индивидуальность;
100 миллиардов нейронов, миллион миллиардов синапсов – психическая индивидуальность.

НЕЙРОН – структурно-функциональная единица нервной системы

ФОРМЫ НЕЙРОНОВ
Нейрон обонят. луковиц
Нейрон ганглия
Пирамидный нейрон коры
Мотонейрон спинного мозга
Пуркинье мозжечка

КЛАССИФИКАЦИЯ НЕЙРОНОВ
По количеству отростков:
униполярные
псевдоуниполярные
биполярные
мультиполярные
изополярные
3. По функции:
Сенсорные (чувствительные, афферентные);
Вставочные (интернейроны)
Исполнительные (эфферентные) –
мотонейроны и вегетативные
2. По форме тела и ветвлению отростков:
веретеновидные
звездчатые
пирамидные
Пуркинье
По нейрохимической специализации:
ГАМК-ергические
Серотонинергические и т.д.

НЕЙРОНЫ ЦНС
D.U. Silverthorn, Human Physiology, 2010
НЕЙРОНЫ ПНС
НЕЙРОНЫ ПНС

НЕЙРОГЛИЯ

НЕЙРОГЛИЯ
D.U. Silverthorn, Human Physiology, 2010
Разновидности и функции нейроглии
НЕЙРОГЛИЯ
Астроциты
Микроглия
(иммун. сист.)
Эпендимоциты
Олигодендроциты
Сателлитные
клетки
Шванновские
клетки
Центральная нервная система
Периферическая н.с.
Макрофаги
Миелин

Функция олигоденроцитов и Шванновских клеток –
образование миелина для ускорения нервной передачи в 5-10 раз, т.к. ионные токи – только в перехватах Ранвье.
ЦНС - один олигодендроцит обеспечивает миелинизацию нескольких аксонов одновременно;
ПНС - на одном аксоне в ПНС – много Шванновских клеток;
МИЕЛИНИЗАЦИЯ АКСОНОВ
Центральная нервная система
Олигодендроцит
Периферическая нервная система
Шванновские клетки

АСТРОЦИТЫ
Функции:
«+»
морфо-структурная:
формирование ГЭБ;
обеспечение локальности синаптической передачи, препятствуют свободной диффузии нейротрансмиттеров;
нейротрофическая: синтез глиального нейротрофина (GDNF);
регуляция нейрогенеза во взрослом гиппокампе и субвентрикулярной зоне;
метаболическая :
поглощение ионов К+;
поглощение избытка воды;
захват глутамата, перевод его в глутамин;
разложение гликогена до лактата;
обмен АТФ;
глимфатическая система очистки мозга.
«–»
при ишемии, травме, нейротоксинах
заполняют пространство между нейронами, препятствуя восстановлению связей;
избыток глутамата губит соседние клетки.

УЧАСТИЕ НЕЙРОГЛИИ В НЕЙРОПАТАЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ
Рассеянный склероз
полиневропатии
лейкоэнцефалиты
Паркинсонизм – Нарушение синтеза ферментов, участвующих
в обмене дофамина (астроциты, микроглия)
Хорея Хантингтона – Усиление синтеза хинолиновой кислоты (астроциты)
Деменции при нейродегенеративных заболеваниях –
Паркинсон (PD), Альцгеймер (AD), энцефалопатия Вернике, амиотрофический латеральный склероз (ALS), лобно-височная дистрофия (FTD) и т.п.
Динамичные изменения от атрофии астроглии к астроглиозу и активации микроглии
Онкология мозга – Глиомы ! «Нейром» не бывает !
Нарушение синтеза миелина (олигодендроциты, микроглия):
Экспрессия SLC1A3 – транспортера глутамата в мозжечке

Mol Neurobiol (2011) 43:87–96
Атрофия астроцитов в DG гиппокампа при болезни Альцгеймера (начало болезни)
AD
КОНТРОЛЬ
Астроглиоз в DG гиппокампа при болезни Альцгеймера (динамика)
Окраска на GFAP
GFAP
β А

РАДИАЛЬНАЯ ГЛИЯ
Экспрессируют маркеры как глии, так и нейронов:
GFAP (глиальный фибриллярный кислый белок);
FABP7 (белок, связывающий жирные кислоты);
виментин (поддержание органелл в цитоплазме);
Pax6 (координатор развития сенсорных органов).
Клетки радиальной глии участвуют в процессе радиальной миграции – передвижения предшественников нервных клеток из вентрикулярной зоны в верхние слои коры полушарий и мозжечка в нейроонтогенезе;
Выполнив свою функцию клетки радиальной глии трансформируются в нейроны или астроциты

Нейроны in vitro
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НЕЙРОНОВ

Сигналы в нейронах :
Электрические (Потенциал действия – до синапса + постсинаптический потенциал)
Химические (Нейромедиаторы, Нейромодуляторы) или электрические (редко представлены)
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НЕЙРОНОВ

ПОТЕНЦИАЛ ДЕЙСТВИЯ - стартовая точка возбуждения нейрона.
Деполяризация
Гиперполяризация
Покой

ПОТЕНЦИАЛ ДЕЙСТВИЯ - стартовая точка возбуждения нейрона.

ПОТЕНЦИАЛ ДЕЙСТВИЯ – стартовая точка возбуждения нейрона.

2012)

Электронно-микроскопическая фотография
аксо-соматического синапса
Распространение потенциала действия по аксону

Электрический синапс
Особенности:
Узкая синаптическая щель
Быстрая передача сигнала
Позволяет синхронизовать активность нейронов В мозге млекопитающих имеют невысокое распространение

Ретикулярное ядро таламуса
Гипоталамус
Сетчатка
Нижняя олива продолгова-
того мозга
Haas et al. BMC Cell Biology 2016, 17(Suppl 1):14
DOI 10.1186/s12860-016-0090-z

Химический синапс

Этапы экзоцитоза выделения медиатора

Варианты расположения синапсов:
3D реконструкция шипиков дендритов
Ethell IM, Pasquale EB, 2005.
Шипики дендритов гиппокампа

The Journal of Neuroscience, July 23, 2014 • 34(30):10078 –10084
Дендритные шипики в коре мозга человека
Синапсы
Анализ Фурье

Пример организации дендритного шипика
Рецепторы
глутамата

ТРАНСКРИПЦИЯ И ТРАНСЛЯЦИЯ В НЕЙРОНЕ
а) происходит исключительно в соме нейрона:
Кинезины
(антероградный)
Динеины
(ретроградный)

Детекция мРНК в культуре нейронов гиппокампа 17-дн. эмбрионов крысы
ТРАНСКРИПЦИЯ И ТРАНСЛЯЦИЯ В НЕЙРОНЕ

Движение РНК-белковых гранул в дендрит нейрона в культуре.
Скорость 0.04 м/с
ТРАНСКРИПЦИЯ И ТРАНСЛЯЦИЯ В НЕЙРОНЕ

Nature Rev Neurosci, 2012, 13, 183-193
Curr Opin Genet Dev. 2011. 21(4): 414–421
J. Neurosci., 2005. 25(2):331–342
в раннем онтогенезе при росте нейронов;
в период активного синаптогенеза;
при активации синаптической пластичности;
работает в Гамк- и Глутаматергич. нейронах.
???? частичная компенсация при аксотомии и травме ?????
Трансляция белка в дендритах происходит:
TOR
p38 MAPK
caspase
ДЕНДРИТ
АКСОН
АКСОН

РЕЦЕПТОРЫ НЕЙРОНОВ И ГЛИИ
1. GPCR (сопряженные с G-белками)
2. Управляемые лигандами ионные каналы
3. Рецепторы с киназной или фосфатазной активностью
4. Ядерные рецепторы (активируемые лигандом факторы транскрипции)
Моноамины: адреналин, норадреналин, дофамин, серотонин; АКТГ, ЛГ, ТТГ, вазопрессин, эндорфины и др.
ГАМК, глицин, глутамат, АТФ, серотонин, ацетилхолин и др.
Нейротрофические и ростовые факторы, цитокины, инсулин, пролактин, гормон роста и др.
Стероидные и тиреоидные гормоны, витамин Д3, цис- и транс-ретиноевая кислота и др.

ЦЕНТРАЛЬНАЯ НЕРВНАЯ СИСТЕМА
ГОЛОВНОЙ МОЗГ
СПИННОЙ МОЗГ
ПЕРЕДНИЙ МОЗГ:
птицы; млекопитающие;
человек.
СТВОЛ:
рыбы;
амфибии;
рептилии.
СТВОЛ МОЗГА – врожденные формы поведения, инстинкты, эмоции;
МОЗЖЕЧОК – автоматические движения;
координация;
ПЕРЕДНИЙ МОЗГ – мышление, память, осознанное, «высшее» поведение.
шейный
грудной
поясничный
крестцовый
копчиковый
РЕФЛЕКСЫ спинного мозга:
сухожильно-мышечные (коленный, локтевой);
кожные (защитный сгибательный «при ожоге»);
опорные (выпрямление стопы при касании);
локомоторные (перекрестно-двигательные «ходьба»);
висцеральные (мочеиспускание, дефекация)
МОЗЖЕЧОК

СТВОЛ МОЗГА
Продолговатый мозг и мост выполняют ряд жизненно
важных функций; здесь находятся:
дыхательный центр (запуск вдохов и выдохов);
сосудодвигательный центр (работа сердца, тонус сосудов);
центры, обеспечивающие врожденное пищевое поведение (центр вкуса, сосания, глотания, слюноотделения, рвоты и др.);
главный центр бодрствования;
голубое пятно и др.

Бледный шар
Хвост. ядро
Скорлупа
Миндалина
Таламус
Прилежащие ядра
Скорлупа,
Хвост. ядро
Бледный шар
Таламус
Черная субстанция
ПОДКОРКОВЫЕ СТРУКТУРЫ МОЗГА
Базальные ганглии
Зубчатая извилина
СА1
СА2/СА3
Гиппокамп
Человек
Крыса

КОРА ГОЛОВНОГО МОЗГА
D.U. Silverthorn, Human Physiology, 2010

Функции различных зон коры:
Затылочная доля – зрительная кора.
Височная доля – слуховая кора.
Передняя часть теменной доли – болевая, кожная и мышечная чувствительность.
Внутри боковой борозды (островковая
доля) – вестибулярная чувствительность и вкус.
Задняя часть лобной доли – двигательная кора.
6. Задняя часть теменной и височной долей – ассоциативная теменная кора: объединяет потоки сигналов от разных сенсорных систем, речевые центры, центры мышления (образного и абстрактно-логического).
7. Передняя часть лобной доли – ассоциативная лобная кора: с учетом сенсорных сигналов, сигналов от центров потребностей, памяти и мышления принимает решения о запуске поведенческих программ («центр воли и инициативы»).

По Дубынину В.А.
СХЕМА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОБЛАСТЕЙ КОРЫ МОЗГА

Genetic Science Learning Center. Learn.Genetics, 2013
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ЛОКАЛИЗАЦИЯ ОСНОВНЫХ ОТДЕЛОВ МОЗГА
ЧЕЛОВЕКА И КРЫСЫ

ФУНКЦИИ ОСНОВНЫХ ОТДЕЛОВ МОЗГА
2
2

ЛИМБИЧЕСКАЯ СИСТЕМА МОЗГА:
участвует в регуляции внутренних органов (через ГПТ), эмоций, инстиктов, памяти, обоняния, сна, бодрствования, обучения и др.
(круг Папеца)
ОБЛАСТИ ЦНС С НАИБОЛЬШИМ ЗНАЧЕНИЕМ ДЛЯ ВНД
КОРА МОЗГА:
обеспечивает контроль нижележащих и древних отделов ЦНС; осуществляет регуляцию сенсорики, сложных форм поведения.
Фронтальная – командный контроль мышц, планирование, принятие решения, концентрация внимания;
Париетальная – сенсорика кожи и мышц, распознавание речи, осознание форм формирование мыслей, эмоций;
Височная – слуховые сигналы, слуховая и зрительная память;
Затылочная – зрительное восприятие, запоминание образов.

Патологии нервной системы на карте мозга крысы

МОДУЛИРУЮЩИЕ НЕЙРОХИМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
1. Норадренергическая
2. Серотонинергическая
3. Дофаминергическая
4. Ацетилхолинергическая

УЧАСТИЕ МОДУЛИРУЮЩИХ НЕЙРОХИМИЧЕСКИХ СИСТЕМ В РЕГУЛЯЦИИ ВНД
D.U. Silverthorn, Human Physiology, 2010

http://pubs.niaaa.nih.gov/publications/arh313/196-214.htm
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ТОПОГРАФИЯ ДОФАМИНОВОЙ И СЕРОТОНИНОВОЙ
МЕДИАТОРНЫХ СИСТЕМ ЧЕЛОВЕКА И КРЫСЫ