Читать интересную книгу Как запомнить все! Секреты чемпиона мира по мнемотехнике - Борис Конрад

Нейроны

Говоря об обучении, мы часто упоминаем клетки серого вещества. Мы говорим, что нервные клетки не восстанавливаются, опять-таки имея в виду клетки серого вещества. Так как же поживают эти наши клетки? Надо надеяться, что у вас они отнюдь не серые, ибо такой цвет мозг приобретает только в банке с консервирующим раствором. Клетки серого вещества живого мозга прозрачны, а протекающая сквозь ткани мозга кровь придает ему скорее розоватый цвет. Большая часть серого вещества представлена корой головного мозга. Здесь нервные клетки расположены чрезвычайно густо. В науке их называют «нейронами». На нейронах находятся синапсы, места переключения, в которых нейроны соединяются друг с другом. Помимо этого, в мозге есть клетки еще трех типов. Об этих клетках в популярной литературе пишут реже, хотя именно они помогают нервным клеткам нормально функционировать. Эти клетки называют глиальными. Белое вещество мозга состоит прежде всего из нервных волокон, соединяющих между собой нейроны.

Как уже было сказано выше, в человеческом мозге содержатся от 86 до 100 миллиардов нейронов. Размеры нейронов сильно варьируют – от четырех до ста микрометров в диаметре. Таким образом, футбольный мяч в 1,4 миллиарда раз больше среднего (приблизительно шарообразного) нейрона диаметром 20 микрометров. Однако если развернуть и выпрямить все связи нейронов, то эта цепь протянется в длину на 1720 километров – это расстояние в два раза больше расстояния от Фленсбурга до Мюнхена. Естественно, нейроны есть не только в головном мозге – они рассеяны по всему нашему телу. В спинном мозге число нейронов достигает 20 миллионов, а в кишечнике их более 100 миллионов, так что мы можем с полным правом говорить о «кишечном» или «втором» мозге.

Нейроны – это особая форма клеток организма. Существуют разные виды нейронов, но для всех них характерно одно свойство – способность «проводить возбуждение», то есть способность, в зависимости от входящего сигнала, порождать и передавать дальше другой сигнал – или, как говорят нейрофизиологи, «разряжаться». Один нейрон может разряжаться до нескольких десятков раз в секунду. При этом у нейрона множество входов и только один выход. Этот выход работает по принципу «все или ничего». У возбуждения существует порог. Если этот порог достигнут, то происходит разряд. Это можно сравнить со средневековой деревней. На стенах, окружающих деревню, сидят наблюдатели и смотрят, не приближается ли враг. Задача наблюдателей – сообщать об опасности князю в ближайшей крепости. Однако князю докладывают об опасности не каждый раз, когда вдали появляются чужаки. В этом случае в городе постоянно царила бы паника, и никому не было бы пользы от такой бдительности. Князю сообщают об угрозе только в тех случаях, когда много наблюдателей одновременно видят большое скопление чужеземцев или если те подобрались слишком близко к стенам крепости. Только тогда настает время подать сигнал тревоги.

Один нейрон может одновременно получать тысячи входящих сигналов (вероятно, что столько же было и наблюдателей вокруг крепости). Однако в результате разряда на выходе появляется один-единственный сигнал. Волокна, по которым сигналы поступают в нейрон, называются дендритами, а волокно, по которому сигнал покидает нейрон, – аксоном. Сигнал представляет собой электрический импульс, и электрические потенциалы нервных клеток (точнее, их величины) решают, разряжаться им или нет.

Существуют различные типы нервных клеток (нейронов). На рисунке показано типичное строение нервной клетки. Вокруг клеточного ядра располагается тело клетки, в которое входят многочисленные входящие отростки – дендриты. Напротив, отросток, по которому возбуждение (электрический сигнал) распространяется в направлении от клетки, только один (аксон). Каждый аксон обернут прерывистым футляром из вспомогательных клеток белого вещества. Эти футляры называются миелиновыми оболочками. Именно они обеспечивают высокую скорость проведения импульса по аксонам

Одиночные нейроны могут немногое. Нейрон либо передает сигнал, либо не передает. Это не слишком мудреная задача. С помощью такого механизма невозможно хранить информацию. Только совместная деятельность объединенных в сети нейронов обеспечивает невероятные способности, которые проявляет наш мозг. Аксон нейрона может достигать метра в длину, но при этом очень тонок. То, что мы обычно называем нервными волокнами, представляет собой пучок аксонов, упакованных в защитный футляр. Скорость передачи нервного импульса в нервной системе человека колеблется от двух до ста двадцати метров в секунду, то есть до 430 километров в час. Это больше, чем скорость гонщика «Формулы-1», но меньше скорости пассажирского реактивного самолета.

Нейроны с самым быстрым проведением импульсов по аксонам управляют движениями произвольных мышц тела. Внутри головного мозга скорость проведения по аксонам меньше, и в среднем составляет тридцать метров в секунду. Протяженности проводящих путей внутри мозга невелики, а более низкая скорость распространения импульсов обеспечивает более надежное проведение. Ничего особенного, точно так же планируют городские магистрали. Два удаленных друг от друга населенных пункта соединяют между собой широкой скоростной трассой, которая при этом занимает значительное пространство. В жилых кварталах, однако, каждый дом стоит на узкой улице, скорость движения по которой, соответственно, ограниченна.

Синапсы

В передаче возбуждения важно не только число соединений между нейронами, но и способ их деятельности. Входные и выходные пути проведения связаны с другими клетками не как электрические кабели. Пути проведения начинаются и оканчиваются особыми контактными структурами – синапсами. Сообщающиеся между собой нейроны непосредственно не соприкасаются, между ними всегда есть щель. Когда электрический импульс доходит до окончания аксона возбужденной клетки, из него выделяется сигнальное вещество (нейротрансмиттер), поступающее в щель, через которую оно переходит к началу дендрита, где соединяется с расположенными на нем рецепторами. Это соединение приводит к формированию на дендрите электрического потенциала, то есть происходит электрохимическое возбуждение. После этого нейротрансмиттер отделяется от рецептора и снова захватывается аксоном, или просто разрушается в щели. Все эти события происходят в течение ничтожных долей секунды. Нейротрансмиттер не во всех случаях приводит к возникновению потенциала действия (возбуждения следующей клетки). В некоторых случаях нейротрансмиттер лишь повышает возбудимость нейрона, а в некоторых – уменьшает ее, блокируя проведение следующих импульсов. В большинстве случаев один нейрон выделяет из своих окончаний один и тот же нейромедиатор (нейротрансмиттер). Поэтому нейроны часто классифицируют по их нейромедиаторам.

В настоящее время известно более ста различных нейротрансмиттеров. Самыми распространенными являются глутамат и гамма-аминомасляная кислота (ГАМК). Глутамат возбуждает, передает приказ: «Разряжаться!», ГАМК отдает противоположный приказ: «Успокоиться!»

Самыми известными нейротрансмиттерами являются серотонин и дофамин, «гормоны счастья». Каждый нейротрансмиттер выполняет в нервной системе свои специфические задачи, и только потому, что один нейрон, как правило, реагирует на один-единственный медиатор, можно обнаруживать действующие нейронные сети. Например, нейроны, реагирующие на дофамин, называют «дофаминергическими». Самая известная дофаминергическая система связывает ствол мозга (а через него средний мозг) с лимбической системой. Эту систему иначе называют системой вознаграждения. Расположенные в центральной части головного мозга структуры, принадлежащие лимбической системе, очень важны для обработки эмоций, а также для формирования мотиваций и долговременной памяти. Сигналы в этой сети передаются за счет дофамина. При позитивных переживаниях, например когда мы получаем какое-то вознаграждение, в окончаниях выделяется еще больше дофамина. В этом есть несомненный биологический смысл: если мы едим и насыщаемся, то чувствуем покой, счастье и благополучие. Это ощущение откладывается в головном мозге, и память создает мотивацию вовремя и хорошо питаться.

Синапс – это соединение двух нейронов. Здесь возбуждение передается с одной нервной клетки на другую. Этот процесс осуществляется нейротрансмиттером, в данном случае дофамином. Когда нейрон «разряжается», в аксоне возникает электрическое возбуждение (вверху). Содержащийся в пузырьках нейротрансмиттер выделяется в синаптическую щель – пространство, отделяющее аксон от дендрита следующей нервной клетки. На дендритах принимающего возбуждение нейрона расположены соответствующие рецепторы – молекулы, связывающиеся с нейротрансмиттером (в данном случае с дофамином). Если с рецепторами связывается достаточное количество молекул нейротрансмиттера, на этом месте возникает электрический сигнал. Неиспользованные молекулы медиатора снова захватываются аксоном или разрушаются