Физические процессы передачи информационного сигнала в живом организме

Биология » Устройство памяти. Воспроизводство и передача информации в организме » Физические процессы передачи информационного сигнала в живом организме

Рассмотрим немного подробнее нервную систему человека в связи с проблемой памяти. Главная функция нервной системы состоит в переработке и передаче информации от рецепторов органов чувств через центральную нервную систему к органам-исполнителям - эффекторам. Она состоит из нейронов, синапсов и нервов. Синапсы - это соединения между нейронами, а нервы - это пучки отростков многих нейронов, своего рода многожильные кабели, которые осуществляют координацию функций организма и опосредуют его реакцию на различные воздействия. Каждый нейрон имеет тело и отростки - аксоны и дендриты.

Аксон - это длинный отросток, который проводит сигналы от тела нервной клетки, а дендрит - по направлению к нейрону, т.е. аксоны передают выходные сигналы, а дендриты - входные. У каждого нейрона имеется один аксон. Функциональной единицей нервной системы является моносинаптическая рефлекторная дуга - нервная цепь, образованная двумя нейронами. Стимул в виде электрического импульса передается по такой дуге и дает однозначный рефлективный ("автоматический") ответ. Однако одна рефлекторная дуга может взаимодействовать с другой, что приводит к большому разнообразию ответов. Схема такой дуги проста: рецептор - нейрон - эффектор (например, мышца). Вся система работает как дверной звонок: нажимаем на кнопку, и раздается звонок. Однако более реальна другая аналогия - сначала сигнал попадет на пульт (мозг), и там решается вопрос, кому тот сигнал предназначен.

Как же осуществляется образование и прохождение нервного импульса по нейронам и синапсам? Этот процесс обусловлен наличием электрических зарядов на наружных клеточных мембранах, что является всеобщей особенностью живых клеток. Нервный импульс представляет собой волну деполяризации, которая распространяется по аксону от тела клетки к нервному окончанию. В каждой клетке невозбужденной мембраны аксона до того, как до нее дойдет волна деполяризации, имеется потенциал (~ 70 мВ). Такой заряд, создающий мембранный потенциал покоя, обусловлен присутствием во внутри- и внеклеточной жидкости различных заряженных ионов, в частности <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>, <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>, их неравномерным распределением по разным сторонам мембраны и избирательной проницаемостью мембраны. Когда из наружной среды попадают ионы натрия, происходит быстрый (около 1 мкс) скачок мембранного потенциала от -70 до +(20-40) мВ.

Такой скачок называется потенциалом действия. Изменение потенциала от -70 мВ до нуля приводит к полной деполяризации, и затем возникает обратная по знаку поляризация мембраны. Положительные ионы <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>переходят в клетку, и потенциал мембраны становится около +40 мВ в максимуме. Таким образом, поступление в клетку ионов натрия приводит к деполяризации мембраны и возникновению потенциала действия, который и распространяется по аксону в виде волны от тела клетки до ее выходного синапса. Потенциал действия, в свою очередь, служит сигналом для высвобождения в синаптическую щель нейромедиатора, вызывающего реакцию другого нейрона. Когда поступление ионов натрия прекращается, они выводятся наружу и устанавливается первоначальная разность потенциалов. Способность генерировать потенциал действия - уникальное свойство таких возбудимых клеток, как нейроны. Причем это может быть электрическая, химическая и механическая стимуляция, в результате чего свойства мембраны в месте раздражения быстро изменяются.

Нервная система позвоночных состоит из центральной (ЦНС) и периферической (ПНС). В ЦНС происходит переработка сигналов, и она состоит из головного и спинного мозга. ПНС, как следует из ее названия, осуществляет передачу сигналов на периферии, от органов чувств к железам, мышцам и т.д. У животных в основном ПНС.

Нервная система у высших животных развилась постепенно из диффузионной нервной системы, где в определенных участках нейроны стали концентрироваться и в конце концов образовали центральную нервную систему - головной и спинной мозг. Первоначальная структура ЦНС - нервный тяж, идущий вдоль тела. Передняя часть его расширяется, образуя головной мозг (этот процесс называется цефализацией, от греческого "кефалос" - голова), а задняя часть становится спинным мозгом. Важнейшая часть головного мозга - два больших полушария, правое и левое. Среди важнейших функций мозга - его способность к переработке сенсорных данных, способность к формированию общих абстрактных понятий, т.е. категоризация и память.


Рекомендуем к прочтению:

Аналог Zona Pellucida у сцифомедузы Aurelia aurita
Оогенез у представителей класса Scyphozoa (тип Cnidaria) описан весьма скудно. Известно, что ооциты сцифоидных медуз возникают из зачаткового эпителия (эпителий полового синуса, обращенный к энтодерме). Питание самого ооцита происходит за ...

Норы, жилища и убежище
Убежища устраивает лишь на время рождения и воспитания молодняка. Болыпей частью это норы, вырытые барсуком или ли-сицей и распшренные волками. Период спаривания в основном приходится на февраль. Число детенышей в выводке варьирует от 2 д ...

Научная революция XVI-XVII веков, ее ход, содержание и основные итоги
Отрезок времени примерно от даты публикации работы Николая Коперника «Об обращениях небесных сфер», т.е. с 1543 г., до деятельности Исаака Ньютона обычно называют периодом «научной революции». Научная революция XVI-XVII в.в. представляет ...