Hur fungerar den mänskliga hjärnan?

Hjärnan fungerar som en strukturell och funktionell enhet som huvudsakligen består av två typer av celler: neuroner och glialceller. Det uppskattas att det finns cirka 100 miljarder neuroner i hela mänskliga nervsystemet och cirka 1 000 miljarder glialceller (det finns 10 gånger mer glialceller än neuroner).

Neuroner är högspecialiserade och deras funktioner är att ta emot, bearbeta och överföra information via olika kretsar och system. Processen att överföra informationen utförs genom synapser, som kan vara elektriska eller kemiska.

Glialcellerna å andra sidan är ansvariga för att reglera hjärnans interna miljö och underlätta processen för neuronkommunikation. Dessa celler är anordnade i hela nervsystemet som bildas om de är strukturerade och är involverade i processerna för utveckling och bildning av hjärnan.

Tidigare ansågs det att glialceller endast bildade nervsystemet, sålunda den berömda myten att vi bara använder 10% av vår hjärna. Men idag vet vi att det uppfyller mycket mer komplexa funktioner, till exempel är relaterade till reglering av immunsystemet och cellplasticitetsprocesserna efter att ha lidit en skada.

Dessutom är de väsentliga för att neuroner ska fungera korrekt, eftersom de underlättar neuronkommunikation och spelar en viktig roll vid transport av näringsämnen till neuroner.

Som du kan gissa, är den mänskliga hjärnan hisnande komplex. Det uppskattas att en vuxen människa hjärna innehåller mellan 100 och 500 biljoner anslutningar och vår galax har cirka 100 biljoner stjärnor, så det kan man dra slutsatsen att den mänskliga hjärnan är mycket mer komplex än en galax (Garcia Nunez, Santin, Redolar, & Valero, 2014).

Kommunikation mellan neuroner: synapser

Hjärnfunktion innebär överföring av information mellan neuroner. Denna överföring sker genom ett mer eller mindre komplext förfarande kallat synaps.

Synapserna kan vara elektriska eller kemiska. De elektriska synapserna består i dubbelriktad överföring av elektrisk ström mellan två neuroner direkt, medan det i de kemiska synapserna saknas mellanhänder som kallas neurotransmittorer..

I grund och botten, när en neuron kommunicerar med andra betyder aktivera eller inhibera den för de slutliga observer effekter på beteende eller en fysiologisk process är resultatet av excitation och hämning av flera neuroner längs en neuronal krets.

Elektriska synapser

De elektriska synapserna är mycket snabbare och enklare än de kemiska. Förklarade på ett enkelt sätt består de i överföringen av depolariserande strömmar mellan två neuroner som är ganska nära, nästan limmade ihop. Denna typ av synaps genererar vanligtvis inte långsiktiga förändringar i postsynaptiska neuroner.

Dessa synapser förekommer i neuroner som har en snäv förbindning, där membranen är nästan rörda, åtskilda av några 2-4 nm. Utrymmet mellan neuronerna är så litet eftersom deras neuroner måste förenas av kanaler som bildas av proteiner som kallas connexiner.

Kanalerna som bildas av konnexinerna tillåter insidan av båda neuronerna att vara i kommunikation. Genom dessa porer kan passera små (mindre än 1 kDa) molekylerna som kemiska synapser är relaterade till processer av metabolisk kommunikation förutom elektrisk kommunikation, genom utbyte av andra budbärare som förekommer i synapsen, såsom inositoltrifosfat ( IP₃) eller cykliskt adenosinmonofosfat (cAMP).

Elektriska synapser mellan neuroner utförs vanligen av samma typ, emellertid kan också observeras elektriska synapser mellan neuroner av olika typer eller till och med mellan neuroner och astrocyter (en typ av gliaceller).

De elektriska synapserna tillåter neuroner att kommunicera på ett snabbt sätt och att ansluta många neuroner synkront. Tack vare dessa egenskaper kan vi utföra komplexa processer som kräver snabb överföring av information, såsom sensoriska, motoriska och kognitiva processer (uppmärksamhet, minne, lärande ...).

Kemiska synapser

Kemiska synapser inträffar mellan närliggande neuroner i en presynaptisk element är anslutet, vanligen ett axon terminal, vilken signal, och en postsynaptisk, vilken vanligtvis är i soma eller dendriter mottagande signal.

Dessa neuroner är inte fasta, det finns ett mellanslag mellan dem på en 20 nm kallad synaptisk klyftan.

Det finns olika typer av kemiska synapser beroende på deras morfologiska egenskaper. Enligt Grey (1959) kan kemiska synapser delas in i två grupper.

• Typ I kemiska synapser (Asymmetric). I dessa synapser bildas den presynaptiska komponenten av axonala terminaler innehållande rundade vesiklar och postsynaptiken finns i dendriterna och det finns en hög densitet av postsynaptiska receptorer.
• Typ II kemiska synapser (Symmetrisk). I dessa synapser presynaptiska komponent bildas genom axonterminaler innehållande ovala vesiklar och postsynaptisk kan hittas både i soma och dendriter och en reducerad densitet av postsynaptiska receptorer i synapserna av typ I. Andra skillnader i denna typ av synaps jämfört med typ I är att dess synaptiska klyftan är smalare (ca 12 nm).

Den typ av synaps beror på de neurotransmittorer som är inblandade i detta, så att vid synapser involverade typ I är excitatoriska neurotransmittorer såsom glutamat, medan i typ II hämmande neurotransmittorer verkar som GABA.

Även om detta inte sker i hela nervsystemet, i vissa områden, såsom ryggmärgen, substantia nigra, basala ganglierna och colliculus finns Synapse GABA-nerg med en struktur av typ I.

Ett annat sätt att klassificera synapser är enligt de presynaptiska och postsynaptiska komponenterna som bildar dem. Till exempel är om både presynaptisk komponent en axon och en dendrit kallas postsynaptiska synaps axodendríticas därmed kan finna axoaxónicas synapser, axosomatic, dendroaxónicas, dendrodendríticas ...

Den typ av synaps som förekommer oftast i centrala nervsystemet är typ I (asymmetriska) axospinösa synapser. Det uppskattas att mellan 75-95% av hjärnbarkens synapser är typ I, medan endast mellan 5 och 25% är typ II synapser.

Kemiska synapser kan sammanfattas helt enkelt enligt följande:

1. En åtgärdspotential når axonterminalen, den öppnar kalciumjonkanalerna (Ca²⁺) och ett flöde av joner frigörs i den synaptiska klyftan.
2. Jonflödet utlöser en process i vilken vesiklarna, fylld med neurotransmittorer, binda till det postsynaptiska membranet och en poröppning genom att lämna allt innehåll i den synaptiska klyftan.
3. De frisatta neurotransmittorerna binder till den specifika postsynaptiska receptorn för den neurotransmittorn.
4. Bindningen av neurotransmittorn till postsynaptisk neuron reglerar funktionerna i postsynaptisk neuron.

Neurotransmittorer och neuromodulatorer

Neurotransmitterkonceptet innehåller alla ämnen som frigörs i den kemiska synapsen och som möjliggör neuronal kommunikation. Neurotransmittorer uppfyller följande kriterier:

• De syntetiseras inom neuronerna och är närvarande i axonterminalerna.
• När en tillräcklig mängd av neurotransmittorn släpps utövar den dess effekter på de intilliggande neuronerna.
• När de har slutfört sin uppgift elimineras de genom mekanismer för nedbrytning, inaktivering eller återtagning.

Neuromodulatorer är substanser som kompletterar neurotransmittorns verkningar genom att öka eller minska deras effekt. De gör detta genom att gå med i specifika platser inom den postsynaptiska receptorn.

Det finns många typer av neurotransmittorer, de viktigaste är:

• Aminosyror, som kan vara excitatoriska, såsom glutamat eller hämmare, såsom y-aminobutyrsyra, bättre känd som GABA.
• acetylkolin.
• Katekolamider, såsom dopamin eller noradrenalin
• Indolaminer, såsom serotonin.
• neuropeptider.

referenser

1. García, R., Núñez, Santín, L., Redolar, D., & Valero, A. (2014). Neuroner och neuralkommunikation. I D. Redolar, Kognitiv neurovetenskap (sid 27-66). Madrid: Panamericana Medical.
2. Gary, E. (1959). Axo-somatisk och axodendritisk synaps av hjärnbarken: ett elektronmikroskopstudie. J.Anat, 93, 420-433.
3. Interns, H. (s.f.). Hur fungerar hjärnan? Allmänna principer. Hämtad den 1 juli 2016, från Science for All.