Biologie-Kennis.nl

Neuronen, synapsen en signalering.

De communicatie lijnen binnen het lichaam

De tropische kegel slak (Conus geographus) is zowel mooi als gevaarlijk. Deze zeeslak is een carnivoor die jaagt, doodt en leeft van vis. Hij Injecterd gif met een hol, harpoen-achtig deel van haar mond, de kegel slak verlamt haar vrij zwemmende prooi in een paar seconden. De kegel slak zijn gif is zo sterk dat een enkele injectie duikers heeft gedood die onbewust waren van het gevaar binnen zijn ingewikkeld schelp. Wat maakt de kegel slak zijn gif zo snel werkend en dodelijk? Het antwoord is een mengsel van moleculen die neuronen uit schakelen, de zenuwcellen die de overdracht van informatie binnen het lichaam vervullen. Omdat het gif bijna onmiddellijk de neuronale controle verstoort van de vitale functies, zoals motoriek en ademhaling, kan een dier aangevallen door de kegel slak zich niet verdedigen, noch ontsnappen. Communicatie door neuronen bestaat grotendeels uit twee verschillende soorten signalen: lange afstand elektrische signalen en korte afstand chemische signalen. Door De gespecialiseerde structuur van de neuronen kunnen ze pulsen van elektrische stroom gebruiken voor het ontvangen, doorgeven, en kunnen ze doorstroming van informatie over lange afstanden in het lichaam regelen. In het overbrengen van informatie van de ene naar de andere cel, doen neuronen vaak een beroep op chemische signalen die de handeling over zeer korte afstanden regelen. De kegel slak zijn gif is bijzonder krachtig omdat het interfereert met zowel elektrische en chemische signalen door neuronen. Neuronen dragen veel verschillende soorten informatie over. Ze zenden sensorische informatie, controleren hartslag, coördineren hand en oogbeweging, slaan herinneringen op, genereren dromen, en nog veel meer. Al deze informatie is doorgegeven binnen neuronen als een elektrische stroom, bestaande uit de beweging van ionen. De verbindingen gemaakt door een neuron geeft aan welke informatie wordt doorgegeven. Het Interpreteren van signalen in het zenuwstelsel is daarom het sorteren van een complexe reeks van neuronale paden en verbindingen. In meer complexe dieren, wordt dit een hogere orde verwerking voornamelijk uitgevoerd in groepen van neuronen georganiseerd in de hersenen-of in eenvoudiger clusters genoemd ganglia. In dit hoofdstuk onderzoeken we de structuur van een neuron en verkenen we de moleculen en fysische principes die signalering door neuronen bepalen.

Organisatie en structuur weerspiegelt de functie in de informatie-overdracht

Alvorens in de activiteit te duiken van een individueel neuron, kijken we eens hoe neuronen functioneren in de stroom van informatie van het dierlijk lichaam. We gebruiken als voorbeeld de inktvis, een organisme dat sommige buitengewoon grote zenuwcellen heeft die zeer geschikt zijn voor fysiologische studies.

Inleiding tot de Information Processing

Net als de kegel slak, is de inktvis een actieve jager. Met behulp van zijn hersenen vormt hij met de informatie gevangen genomen door de beeldvormende ogen een beeld, de inktvis onderzoekt zijn omgeving. Als de inktvis een prooi ziet, reizen signalen van zijn hersenen naar neuronen in haar mantel die veroorzaken spiersamentrekkingen die het voortbewegen van de inktvis te doen gebeuren.
De inktvis's jachtactiviteit illustreert de drie fasen in de verwerking van informatie: de zintuiglijke input, integratie en motorische output. In alle, behalve de eenvoudigste dieren, handelen gespecialiseerde populaties van neuronen elke fase. Sensorische neuronen geven informatie door van de ogen en andere sensoren nemen externe prikkels waar zoals(licht, geluid, tast, warmte, geur en smaak) of interne omstandigheden (zoals bloeddruk, bloed kooldioxide niveau, en spierspanning). Deze informatie wordt verstuurd naar de verwerking centra in de hersenen of in de ganglia. Neuronen in de hersenen of ganglia integreren (analyseren en interpreteren) de zintuiglijke input, rekening houdend met de onmiddellijke context en ervaring van het dier. De overgrote meerderheid van de neuronen in de hersenen zijn interneuronen, die alleen lokale verbindingen maken. Motorvermogen is gebaseerd op neuronen die zich uitstrekken vanuit het proces centra in bundels, de zenuwen genereren output door het triggeren van spier of klier activiteit. Motor neuronen sturen signalen naar de spiercellen, waardoor ze te samentrekken.
In veel dieren, zijn de neuronen die integratie uit voeren georganiseerd in het centrale zenuwstelsel (CNS), die de hersenen en een longitudinale zenuwen snoer bevat. De neuronen die informatie in en uit het CNS voeren vormen het perifere zenuwstelsel (PNS).

Neuron Structuur en Functie

Het vermogen van een neuron om gegevens te ontvangen en door te geven is gebaseerd op een zeer gespecialiseerde cellulaire organisatie. De meeste van de neuron zijn  organellen, met inbegrip van de kern bevinden zich in het cel lichaam. Een typisch neuron heeft tal van dendrieten (van het Griekse dendron, boom), sterk vertakte extensies die signalen van andere neuronen ontvangen. Een neuron heeft ook een axon, een extensie die signalen doorgeeft aan andere cellen. Axonen zijn vaak veel langer dan dendrieten, en sommige, zoals die uit het ruggenmerg van een giraf zijn lang genoeg om de spiercellen te bereiken in zijn voeten, meer dan een meter lang. Het kegel-vormige gebied van een axon waar hij samenkomt met het cellichaam heet de axon heuvel, zoals we zullen zien, is dit meestal de regio waar de signalen die langs de axon reizen worden gegenereerd. In de buurt van het andere uiteinde, verdeelt het axon meestal in verschillende takken. Elke vertakte eind van een axon stuurt gegevens naar een andere cel op het kruispunt dat een synaps heet. Het gedeelte van elke axon tak die dit gespecialiseerde kruispunt vormt, noemen we een synaptische terminal. Bij de meeste synapsen, zullen chemische boodschappers de zogenaamde neurotransmitters informatie van de verzendende neuron door geven aan de ontvangende cel. Bij de beschrijving van een synaps, verwijzen we naar de verzendende neuron als de presynaptische cel en het neuron, spier of klier cel die het signaal ontvangt als de postsynaptische cel. Afhankelijk van het aantal synapsen dat een neuron heeft met andere cellen, kan de vorm variëren van eenvoudig tot zeer complex. Sommige interneuronen zijn sterk vertakte uitlopers die deelnemen aan ongeveer 100.000 synapsen. In tegenstelling tot neuronen met eenvoudigere dendrieten, deze hebben veel minder synapsen. Om normaal te functioneren, zijn de neuronen van de gewervelde dieren en de meeste ongewervelde  dieren, ondersteunende cellen genaamd gliacellen nodig, of glia (van het Griekse woord "lijm"). Afhankelijk van het type, kan glia neuronen voeden, isoleren van de axonen en neuronen, of helpen met reguleren van de extracellulaire vloeistof rond de neuronen. Glia overtreffen neuronen in de hersenen van zoogdieren 10 - tot 50-voudig.