Структура и функции нейрона

Нейроны — это сигнальные клетки нервной системы, специализированные для приема, интеграции и передачи электрической и химической информации. Их характерная форма — дендриты, собирающие входные сигналы, тело клетки, содержащее ядро, и аксон, передающий выходной сигнал, — напрямую служит их функции. Эта тема рассматривает, как организованы компартменты нейрона и как эта организация поддерживает прием и проведение сигналов.

Definition

Структура и функции нейрона касаются морфологии и физиологических ролей компартментов нейрона — дендритов, тела клетки, аксона и синаптических терминалей — и того, как их организация обеспечивает прием, интеграцию и распространение сигналов.

Scope

Тема охватывает основные компартменты нейрона (дендриты, сома, аксон и терминали), полярность нейрона и цитоскелет, дендритную интеграцию синаптических входов, аксональное проведение и структурное разнообразие типов нейронов. Она рассматривает анатомию и физиологию нейронов как справочный материал и не предоставляет клинических рекомендаций.

Core questions

• Каковы основные компартменты нейрона и каков вклад каждого из них?
• Как дендриты собирают и интегрируют синаптические входы?
• Как аксон инициирует и проводит потенциал действия к своим мишеням?
• Какие молекулярные и цитоскелетные механизмы устанавливают и поддерживают полярность и связи нейронов?

Key concepts

• Дендриты, сома, аксон и терминали
• Полярность нейрона
• Цитоскелет и аксональный транспорт
• Дендритная интеграция
• Начальный сегмент аксона
• Морфологическое разнообразие нейронов

Key theories

Нейронная доктрина

Принцип, согласно которому нервная система построена из дискретных клеточных единиц (нейронов), которые общаются в специализированных контактах, а не образуют непрерывную сеть; он лежит в основе всей клеточной нейробиологии и закреплен в стандартных текстах.

Дендритная интеграция

Дендриты не являются пассивными кабелями, а активно формируют суммирование синаптических входов, при этом их геометрия и активные проводимости определяют взаимосвязь между входом и выходом клетки.

Mechanisms

Нейрон функционально поляризован: дендриты и тело клетки получают синаптические входы, которые интегрируются и, в начальном сегменте аксона, могут вызвать потенциал действия, распространяющийся по аксону к его терминалям. Геометрия дендритов и активные мембранные проводимости определяют, как суммируются распределенные входы, как это описывает Спрустон для пирамидных нейронов. Цитоскелет поддерживает идентичность компартментов и обеспечивает аксональный транспорт белков и органелл, в то время как механизмы развития нейронных связей направляют аксоны и дендриты к их мишеням. Электрическое проведение по аксону регулируется теми же ионными механизмами, которые Ходжкин и Хаксли описали для потенциала действия.

Clinical relevance

Понимание нормальной архитектуры нейронов обеспечивает основу, на которой интерпретируются структурные и функциональные аномалии нейронов в неврологии и психиатрии, а также понимаются последствия повреждений или дегенерации. Эта статья носит образовательный характер и не содержит диагностических или лечебных рекомендаций.

Evidence & guidelines

Тема основана на экспериментальной клеточной биологии и электрофизиологии, а не на клинических рекомендациях, опираясь на классические и современные данные о компартментализации нейронов, дендритной интеграции и формировании нейронных связей, собранные в стандартных учебниках по нейробиологии.

History

Современное представление о нейроне основано на гистологических работах Рамона-и-Кахаля и нейронной доктрине конца XIX века, которая установила нейрон как независимую клеточную единицу. Электрофизиология XX века прояснила, как аксоны проводят сигналы, а более поздние работы выявили активные, вычислительно богатые свойства дендритов и молекулярную логику роста и соединения нейронов.

Key figures

• Santiago Ramón y Cajal
• Nelson Spruston
• Marc Tessier-Lavigne
• Alan Hodgkin

Seminal works

• spruston-2008
• kolodkin-tessier-lavigne-2010
• hodgkin-huxley-1952

Frequently asked questions

Каковы основные части нейрона?

Типичный нейрон имеет дендриты, которые получают входные сигналы, тело клетки (сому), содержащее ядро, аксон, который передает выходной сигнал, и синаптические терминали, где он контактирует с другими клетками.

Являются ли дендриты просто пассивными приемниками сигналов?

Нет. Дендриты активно интегрируют синаптические входы; их разветвленная геометрия и зависящие от напряжения проводимости сильно влияют на то, как нейрон суммирует свои входы и принимает решение о возбуждении.