Синаптическая передача
Процесс взаимодействия нервных клеток друг с другом называется нейрохимической передачей (трансмиссией). Этот процесс происходит на стыках, именуемых синапсами, и обеспечивается особыми веществами — нейромедиаторами, которые перемещаются между соседними нейронами и переносят сигналы. Нейрохимическая передача модифицируется обучением; влияет на нее и воздействие химических препаратов.
Электрические импульсы, производимые нейронами, не могут просто взять и перепрыгнуть с одной клетки на другую: они конвертируются в химические сигналы, и вот их уже можно передать от клетки к клетке. Этот процесс, называемый нейротрансмиссией, происходит в особых местах смычки нейронов — в синапсах и обеспечивается нейромедиаторами — веществами, перемещающимися между клетками. Как правило, нейроны синтезируют и вбрасывают в оборот одну разновидность нейромедиаторов и формируют очень точные связи так, чтобы каждый тип сигнала поступал к конкретным «целевым» клеткам. Обучение и память, как это сейчас представляется, связаны с модификацией синапсов внутри сети нейронов; наркотики неким образом также меняют синаптическую передачу.
Суперсинапс
Синапсы состоят из двух особых частей: пресинаптической терминали клетки, производящей сигнал, и постсинаптической клетки, которая этот сигнал принимает. Молекулы нейромедиатора хранятся в пресинаптической терминали в виде крошечных сферических структур — в синаптических пузырьках (везикулах), погруженных в активную зону вблизи клеточной мембраны. Прибытие потенциала действия к терминали нерва заставляет везикулу соединиться с мембраной и выбросить свое содержимое в синаптическую щель.
Покинув везикулу, молекулы нейромедиатора диффундируют сквозь синаптическую щель и связываются с рецепторами на мембране постсинаптического нейрона. Некоторые рецепторы меняют электрические свойства постсинаптической клетки впрямую — провоцируют небольшие токи, направленные вовнутрь или вовне клетки. Другие воздействуют косвенно и медленнее, инициируя каскады биохимических реакций. После этого нейромедиаторы поглощаются той же клеткой, что их вбросила; это поглощение называется «обратным захватом».
«Учитывая вероятную важность... сочленения между нейронами, сподручно было бы его как-то назвать. Предложенное обозначение — синапс» Сэр Чарлз Шеррингтон (1857-1952), английский физиолог, нейробиолог
Нейротрансмиссия — сложный процесс, это слаженные действия сотен белков по обе стороны синапса, и каждый белок выполняет свою особую функцию. В пресинаптических нейронах слияние везикул с пресинаптической мембраной контролирует десятки белков. На другой стороне синапса десятки рецепторов и другие многочисленные компоненты сигнальной машинерии организованы в высшей степени упорядоченно — так обеспечивается максимальная эффективность передачи сигнала. Мозг, обрабатывая поступающую информацию, влияет на синаптические взаимодействия путем регулирования активности нейротрансмиссии. Количество синаптических пузырьков может быть увеличено или сокращено, и таким образом меняется число испускаемых молекул нейромедиатора. С другой стороны синапса рецепторы могут появляться и исчезать с постсинаптической мембраны, тем самым меняя восприимчивость клетки к сигналам.
Зачем нам нейромедиаторы
Мозг содержит около квадриллиона (миллион миллиардов) синапсов и производит около сотни различных нейромедиаторов. Глутаминовая кислота, гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) и глицин — нейромедиаторы-аминокислоты. Моноамины — другая группа нейромедиаторов, в нее входят дофамин, адреналин и серотонин. Дофамин часто называют «молекулой удовольствия», потому что она связана с механизмами поощрения, а также играет важную роль в процессах внимания, памяти и движения. Серотонин — важнейший фактор для формирования настроения.
Нейропептиды — белки с маленькими молекулами, играющие важнейшую роль в передаче болевых сигналов, тогда как эндоканнабиноиды — группа медиаторов, привлекающая в последние годы все больше внимания исследователей: они вовлечены в процессы, связанные с аппетитом, настроением и памятью. Отметим и ацетилхолин: именно его посылают мышцам двигательные нейроны, а еще он задействован в автономной нервной системе — вместе с оксидом азота, играющим важную роль в обучении и запоминании.
Возбуждение — торможение
Все нейромедиаторы можно в целом разделить на два разных типа — в соответствии с воздействием, которое они производят на нейроны: возбуждающие нейромедиаторы деполяризуют мембрану нервной клетки, тем самым готовя клетку к генерированию потенциала действия, тогда как медиаторы торможения сильнее заряжают мембрану, и клетка, соответственно, менее склонна к реагированию.
Здоровая работа мозга зависит от тонкого равновесия между возбуждением и торможением, и нарушение этого равновесия может иметь серьезные последствия. Эпилепсия, например, характеризуется судорогами, которые, судя по всему, провоцируются переизбытком возбуждающих нейромедиаторов.
Как действуют химические препараты
Молекулярная структура некоторых наркотиков аналогична нейромедиаторам, и поэтому эти вещества имитируют их действие. ЛСД, например, смахивает на серотонин и активирует серотониновые рецепторы, связываясь с ними химически вместо нейромедиатора. Другие наркотики активируют нейромедиаторные рецепторы в определенных областях мозга. Рецептор ГАМК-А, к примеру, имеет область, способную химически связываться с препаратом диазепамом и сходными веществами. Эти наркотики ослабляют тревожность, активируя рецепторы ГАМК-А в некоторых областях мозга, тем самым усиливая синаптическую трансмиссию торможения. Есть и такие вещества, которые усиливают или блокируют обратный захват нейромедиаторов. Прозак и похожие на него антидепрессанты называют избирательными ингибиторами (замедлителями) обратного захвата серотонина. Они не позволяют нейронам «втягивать» серотонин после трансмиссии, тем самым продляя его воздействие на синапсы.
Осторожно, двери закрываются
Нейроны общаются друг с другом и при помощи электрических синапсов; они называются щелевыми контактами. Эти контакты образованы коннексинами — белками, проницающими мембраны соседних клеток и таким образом соединяющими их. Щелевые контакты дают возможность мгновенно передавать электрический сигнал от нейрона к нейрону, благодаря чему целая сеть взаимосвязанных клеток при прохождении через них электрических токов может реагировать разом и синхронно.
Сон Отто Лёви
Нейротрансмиссию открыл в 1921 году Отто Лёви — в эксперименте, который будто бы явился ему во сне. Лёви взял два лягушечьих сердца, у одного оставил блуждающий нерв (вагус), а у другого нет. Поместил их в разные емкости, наполненные соленой водой, и электрически простимулировал нерв так, что сердце, с которым нерв был связан, забилось спокойнее. Затем Лёви перенес немного раствора из емкости с этим сердцем в емкость с другим и обнаружил, что второе сердце тоже замедлило ход. Эксперимент подтвердил, что электрическая стимуляция вызывает в нерве, к которому она приложена, выброс химического сигнала, сбавляющего сердечный пульс. Лёви назвал это вещество «вагустофф» т. е. «вещество вагуса», но вскоре выяснилось, что это — ацетилхолин: за несколько лет до эксперимента Лёви это обнаружил Хенри Дейл.
