Cum functioneaza neuronul biologic?

Suntem „dotati” cu aproximativ 100 de miliarde de celule numite neuroni, dintre care doar 11 miliarde se afla in cortexul cerebral. Neuronii au o mare abilitate de a receptiona si a transmite semnale electro-chimice. Acest sistem este asemanator cu portile logice dintr-un calculator. Caracteristicile neuronilor permit trimiterea unor semnale pe distante mari, chiar si de pana la cativa metri, trimitand mesajul de la unul la altul.

Santiago Ramon Cajal a fost anatomistul care a introdus conceptul de neuron, ca unitate principala a sistemului nervos. Santiago Cajal a aratat ca neuronii sunt capabili de a comunica intre ei. O contributie fundamentala la cunoasterea celulei nervoase in stare normala si patologica a constituit-o la vremea sa, monografia lui Gheorghe Marinescu, „La cellule nerveuse (Paris, 1909)”.

Neuronul

Neuronii sunt celule remarcabile si au proprietatea de a propaga semnale extrem de rapid pe distante mari. Fac acest lucru prin generarea unor pulsuri electrice numite potential de actiune.
Neuronii isi schimba starea trimitand secvente de pulsuri electrice in diverse sabloane temporale in prezenta stimulilor exteriori precum lumina, sunet sau gust. Este cunoscut faptul ca informatia stimulilor este codificata in sablonul potentialului de actiune si este trimisa in tot creierul.
S-a descoperit ca muschii sunt pusi in miscare de acest potential de actiune si de neuronii motori ce servesc pentru a transforma potentialul de actiune generat de creier in contractii ale muschilor ce permit animalelor sa interactioneze cu mediul inconjurator, adesea ca un raspuns la stimulii pe care ii percep.

Neuronii au diferite forme si marimi, dar toti au aceeasi structura de baza. Au un nucleu central situat intr-o portiune aproximativ sferica a neuronului denumita corp celular. Din corpul celular se desprind un numar de prelungiri fine, ramificate. Acestea sunt denumite dendrite. Din celula se desprinde o fibra unica, lunga, denumita axon, principala fibra care asigura conducerea semnalului intr-un nerv.

Pentru a mari viteza de transmitere a semnalelor, axonii au un invelis de mielina, care are rol si de izolator. Fara invelisul de mielina neuronul nu poate functiona corespunzator. Acest lucru este demonstrat de efectele devastatoare de afectiunea numita scleroza.
Cand un semnal atinge butonii axonului, acesta poate, in anumite imprejurari, sa traverseze sinapsele catre dendritele unui alt neuron adiacent si astfel sa se propage in continuare.

Neuronii nu sunt singurele tipuri de celule care se intalnesc in sistemul nervos. Celulele denumite nevroglii sau celulele gliale sunt prezente in numar mare in sistemul nervos central, iar celulele Schwann in sistemul periferic. Ambele tipuri leaga, protejeaza, hranesc si ofera suport neuronilor.

Neuronii sunt formati din trei regiuni, una receptoare, una conducatoare, si una efectoare.
Regiunea receptoare receptioneaza si proceseaza informatia. Aceasta este formata din dentrite si soma.
Regiunea conductoare leaga regiunea receptoare de cea efectoare si este formata din portiunea axonului de la locul in care acesta iese din corpul celular. Aici au loc si potentialele de actiune prin sumarea potentialelor locale.
Si in final, regiunea efectuare, informatia, sau potentialul de actiune, este recodificata aici sub forma chimica prin neurotransmitatori si transmisa prin sinapsa regiunii receptoare a urmatorului neuron.

Semnalele care vin de la alti neuroni pot face – sau nu – un neuron sa transmita mai departe semnalul. Neuronul calculeaza semnalul pe baza semnalelor inhibatoare si excitatoare si decide daca va „actiona” sau nu. Neuronii au de obicei doua stari. Cand se afla in stare pasiva acesta are o frecventa redusa, insa cand acesta primeste un anumit semnal, frecventa creste. Un singur neuron are mai multe intrari excitatorii si inhibitorii.

Proprietatile neuronilor

Neuronii au proprietati de conductibilitate, excitabilitate, degenerescenta si regenerare.
Conductibilitatea este proprietatea de a conduce impulsurile. Aceasta conducere se realizeaza diferit in fibrele mielinice si amielinice, datorita diferentei de grosime a lor.
Regenerarea este o alta proprietate a neuronului, fiind capabil sa se refaca dupa anumite lezari, in timp ce degenerescenta se refera la degradarea neuronului in conditii de lezare serioasa a axonului.

Conectivitatea neuronilor

Neuronii comunica intre ei prin sinapse, putand avea peste 1000 de ramificatii, facand conexiuni cu alte zeci de mii de celule. Sinapsele neuronilor pot fi de doua tipuri, excitatorii sau inhibitorii.

Potentialul de actiune

Potentialul de actiune apare intr-un neuron si reprezinta modificarea potentialului de repaus, dupa stimularea supraliminala a celulei.
In „Neurofiziologia sistemelor senzitivo-senzoriale”, de A. Olteanu, este explicat faptul ca potentialul de actiune se produce datorita cresterii rapide a permeabilitatii pentru Na+ de aproximativ 5000 de ori.
Membrana plasmatica prezinta canale ionice voltaj-dependente si canale ionice ligand-dependente.
La potentialul de -70mV canalul de Na+ este inchis, iar cand potentialul creste la -65mV el se deschide si ionii de Na+ patrund in celula, rezultand in depolarizarea neuronului.

Diferenta de potential electric dintre interiorul si exteriorul celulei se reduce pana cand la un moment dat se inverseaza polarizarile: pozitiva in interior si negativa in exterior.

Valoarea care trece de 0mV se numeste overshot (+35mV). Cresterea si scaderea rapida a potentialului se numeste spike potential sau potential de varf. Dupa aceasta se revine la potentialul de repaus. Postpotentialul negativ (sau postdepolarizare) este peste valoarea de repaus. Dupa ce s-a atins valoarea de repaus, potentialul scade si se afla putin sub valoarea de repaus, timp de 40-50 ms, ceea ce constituie postpotentialul pozitiv (sau posthiperpolarizare).

Trecerea ionilor de Na+ prin membrana se face pasiv si este dependenta exclusiv de gradientul de concentratie. In concluzie geneza impulsurilor nervoase nu consuma energie.

Cand membrana este stimulata subliminal, neaparand acea diferenta de 15mV, nu se produce un potential de actiune dar creste sensibilitatea membranei, ceea ce rezulta intr-un potential local.

Cum se retin informatiile?

Creierul inregistreaza un eveniment intarind conexiunile intre grupruri de neuroni care participa in „codificarea” experientei. Acest sablon de conexiuni constituie inregistrarea evenimentului, cunoscut ca engrama. O engrama este un fel de urma lasata de un excitant asupra sistemului nervos.
Timpul joaca un rol important in procesul memoriei. Engramele care nu le mai folosim se slabesc si se incetoseaza. Experientele din trecut se sterg, unele rapid, altele imperceptibil. Uitarea, desi un lucru frustrant, este importanta. Engramele care nu le folosim niciodata sunt primele care se uita. Uitarea este un raspuns economic al memoriei, influentat de mediul inconjurator in care traim. Insa exista si memorie pe termen lung, unde pastram informatii pe care nu le uitam niciodata, de exemplu: numele propriu, anul de nastere, adresa, etc. Modul cum functioneaza nu este inteles in totalitate.