神经是如何工作的

由:克雷格•Freudenrich博士。

胚胎肢体皮肤上的神经(绿色)和动脉(红色)。查看更多大脑的照片

考虑这一点。你触摸到一个热的物体,立即将它扔到地上或把手从热源上缩回来。你做得太快了,想都不用想。这是怎么发生的?你的神经系统协调一切。它感应到热物体,向你发出信号肌肉放手吧。你的神经系统,由你的大脑脊髓,周围神经和自主神经,协调你所有的动作,思想和感觉。在这篇文章中,我们将检查神经系统的结构和功能,神经细胞如何与其他细胞和各种组织沟通,以及当神经受损或患病时,会出现什么问题。

神经系统:

广告

  • 感知你的外部和内部环境
  • 在大脑和脊髓以及其他组织之间传递信息
  • 坐标自愿活动
  • 协调和调节无意识功能,如呼吸、心率、血压和体温。

大脑是神经系统的中心,就像计算机中的微处理器电脑.脊髓和神经是连接,就像电脑的门和电线。神经在神经系统的不同区域以及神经系统与其他组织和器官之间传递电化学信号。神经分为四类:

  1. 颅神经连接你的感觉器官(眼睛耳朵,鼻子,嘴巴)到你的大脑
  2. 中枢神经连接大脑和脊髓的区域
  3. 周围神经把脊髓和四肢连接起来
  4. 自主神经将大脑和脊髓与你的器官连接起来(、胃、肠、船等)

中枢神经系统由大脑和脊髓组成,包括颅神经和中枢神经。的周围神经系统包括末梢神经和自主神经系统由自主神经构成。快速反应,就像把手迅速从热源上移开一样,涉及到周围神经和脊髓。思维过程和器官的自主调节涉及到大脑的各个部分,并通过脊髓和周围神经/自主神经传递到肌肉和器官。

广告

脊髓和神经元

脊髓通过背部每根脊椎骨的中空开口延伸。它包含各种神经细胞体(灰质)和神经突或轴突(白质),它们往返于大脑大脑向外延伸到身体。末梢神经通过每根脊椎骨的开口进出。在脊椎骨内,每根神经都分成背根(感觉神经细胞突起和细胞体)和腹侧的根(运动神经细胞过程)。自主神经细胞体沿着一条与脊髓平行的链条分布在椎骨内部,而它们的轴突则从脊神经鞘中出来。

神经细胞

大脑、脊髓和神经由1000多亿个神经细胞组成神经元.神经元收集和传输电化学信号。它们和其他的具有相同的特征和部分细胞但由于电化学方面的原因,它们可以远距离传输信号(可达几英尺或几米),并相互传递信息。

广告

2007年HowStuffWorks

神经元有三个基本部分:

  • 胞体:这个主要部分包含了细胞的所有必需成分,例如细胞核DNA),内质网核糖体(用于制造蛋白质)和线粒体(用于制造能量)。如果细胞体死亡,神经元也会死亡。细胞体聚集在一起称为神经节它们位于大脑和脊髓的不同部位。
  • 轴突:这些又长又细的电缆状突起携带着电化学信息(神经冲动动作电位)沿着细胞的长度。根据神经元的类型,轴突可以覆盖一层薄薄的髓鞘,就像绝缘的电线。髓磷脂是由脂肪它有助于加速神经冲动沿长轴突的传递。髓鞘神经元通常存在于周围神经(感觉和运动神经元)中,而非髓鞘神经元则存在于大脑和脊髓中。
  • 树突神经末梢:这些小的,分支状的细胞突起连接到其他细胞,并允许神经元与其他细胞交谈或感知环境。树突可以位于细胞的一端或两端。

神经元有很多大小。例如,你指尖的单个感觉神经元的轴突可以延伸到你手臂的长度,而大脑中的神经元可能只延伸几毫米。神经元有不同的形状取决于它们的功能。运动神经元控制肌肉收缩的一端是细胞体,中间是长轴突,另一端是树突;感觉神经元两端有树突,由长轴突连接,中间有细胞体。

神经元的功能也各不相同:

  • 感觉神经元将信号从身体的外部(外围)传送到中枢神经系统。
  • 运动神经元(运动神经元)将信号从中枢神经系统传递到外部部分(肌肉(皮肤、腺体)。
  • 受体感知环境(化学物质,,声音,触摸),并将这些信息编码为电化学信息,由感觉神经元传递。
  • 中间神经元连接大脑和脊髓内的各种神经元。

在末梢神经和自主神经中,轴突根据它们的来源和去向而分组。束被各种膜(束束)所覆盖。小血管通过神经为组织提供氧气并清除废物。大多数末梢神经在四肢深处靠近大动脉,靠近骨头。

接下来,我们将学习神经通路。

广告

神经通路与动作电位

神经通路

最简单的神经通路是a单突触的(单连接)反射通路,就像条件反射一样。当医生用橡胶锤轻敲膝盖上的某个点,感受器就会通过感觉神经元向脊髓发送信号。感觉神经元将信息传递给控制腿部的运动神经元肌肉.神经脉冲沿运动神经元下行,刺激相应的腿部肌肉收缩。神经冲动也会传递到对面的腿部肌肉,抑制收缩,使其放松(这一途径涉及到中间神经元)。这种反应是肌肉的快速抽搐,不需要大脑的参与。人类有很多这样的本能反射,但当任务变得更复杂时,通路“回路”变得更复杂,大脑也参与其中。

动作电位

广告

我们已经讨论过神经信号并提到它们本质上是电化学的,但这意味着什么呢?

要了解神经元是如何传递信号的,我们必须先看看神经元的结构细胞膜.细胞膜是由脂肪或脂质构成的磷脂.每个磷脂都有一个靠近的带电荷的头部还有两条避开水的极尾。磷脂排列在双层脂质三明治中,极性头嵌入水中,极性尾紧贴彼此。在这种结构中,它们形成了一个屏障,将细胞内外隔开,不允许水溶性或带电粒子(如离子)通过。

那么带电粒子是如何进入细胞的呢?我们将在下一页找到答案。

广告

离子通道

©摄影师:Eraxion |Dreamstime

因为离子是带电的,而且是水溶性的,所以它们必须通过小的通道或通道渠道(特化蛋白),它们跨越细胞膜的脂质双分子层。每个通道只针对一种离子。钠离子、钾离子、钙离子、氯离子有特定的通道。这些通道使细胞选择性地渗透对各种离子和其他物质(如葡萄糖)。细胞膜的选择性透性使得细胞膜内部的成分与外部不同。

为了研究神经信号,我们对以下特征很感兴趣:

广告

  • 外部液体富含钠,其浓度大约是内部液体的10倍
  • 细胞内的液体富含钾,细胞内的钾浓度比细胞外高约20倍。
  • 细胞内有大量带负电荷的蛋白质,它们大到无法穿过细胞膜。它们给细胞内部一个阴性相对于外界的电荷。充电大约是70到80毫伏(mV) - 1毫伏是1伏特的1/1000。相比之下,你家里的电量大约是120伏,大约是120万倍。
  • 细胞膜对钠离子和钾离子有轻微的“渗漏”,因此细胞膜上有一个钠-钾泵。这个泵利用能量(ATP)将钠离子从内部泵到外部,将钾离子从外部泵到内部。
  • 因为钠离子和钾离子是带正电的,所以它们在穿过细胞膜时携带着微小的电流。如果有足够多的电流通过薄膜,就可以测量电流。

神经信号

神经信号,或者动作电位是钠离子和钾离子在神经细胞膜上的协调运动。下面是它的工作原理:

  1. 正如我们讨论过的,里面细胞带轻微负电荷(静息膜电位为-70 ~ -80 mV)。
  2. 干扰(机械,(有时是化学反应)会导致细胞膜上一小部分的钠通道打开。
  3. 钠离子通过开放的钠通道进入细胞。它们所携带的正电荷使细胞内部的负电荷略低(去偏光细胞)。
  4. 当去极化达到一定的阈值时,该区域会打开更多的钠通道。更多的钠流入体内,引发动作电位。钠离子的流入逆转了该区域的膜电位(使其内为正,外为负——内部的电势约为+40 mV)
  5. 当内部电势达到+40 mV时(大约1毫秒后),钠离子通道关闭,不再让更多的钠离子进入(钠失活)。
  6. 正膜电位的形成导致钾离子通道打开。
  7. 钾离子通过开放的钾通道离开细胞。正向钾离子的向外移动使细胞膜内部的电位更负,使细胞膜返回到静止膜电位(使细胞再极化)。
  8. 当膜电位回到静息值时,钾通道关闭,钾离子不能再离开细胞。
  9. 膜电位略高于静息电位,这被钠-钾泵纠正,钠-钾泵恢复了膜上正常的离子平衡,使膜电位恢复到静息水平。
  10. 这一系列的事件发生在细胞膜的局部区域。但是这些变化被传递到下一个膜区域,然后再到下一个区域,以此类推,沿着轴突的整个长度。因此,动作电位(神经冲动或神经信号)在神经细胞中传递(传播)。

关于动作电位的传播有几点需要注意。

广告

当一个区域去极化和再极化,动作电位转移到下一个区域时,在第一个区域再次去极化之前有一段很短的时间(不应期).这段不应期防止动作电位向后移动,并使一切都朝一个方向移动。

  • 动作电位是一种“全有或全无”的反应。一旦膜达到阈值,它将去极化到+40 mV。换句话说,一旦离子事件开始运动,它们将一直持续到结束。
  • 这些离子事件发生在神经元以外的许多易兴奋细胞中肌肉细胞)。
  • 动作电位传播迅速。典型的神经元传导速度为每秒10到100米。传导速度随轴突直径(越大=越快)和髓磷脂(有髓鞘=越快)的存在而变化。贯穿神经回路的快速神经传导使你能在几分之一秒内对刺激做出反应。
  • 这些通道可能被毒死,无法打开。各种毒素(河豚鱼毒素,毒液,蝎子毒液)可以阻止特定的通道打开,扭曲动作电位或阻止动作电位的发生。同样,许多局麻药(如利多卡因、奴佛卡因、苯佐卡因)可以阻止动作电位在某一区域的神经细胞中传播,并暂时阻止你感到疼痛。
  • 在实验环境中,动作电位的传播对温度也很敏感。较低的温度会减缓动作电位,但这通常不会发生在个人身上。然而,你可以使用冷阻滞技术来暂时麻醉某个部位(比如在受伤的手指上敷冰)。

那么,如果动作电位的大小不变,动作电位如何编码信息呢?信息是由动作电位的频率编码的,很像FM广播.一个小的刺激会启动一个由几个动作电位组成的低频序列。随着刺激强度的增加,动作电位的频率也随之增加。

在下一页,我们将学习神经是如何相互交流的。

广告

突触传递

就像你家的电线一样系统,神经细胞在电路中相互连接神经通路.不像你家里的电线,神经细胞不接触,而是在突触.在突触处,两个神经细胞被一个微小的间隙隔开突触间隙.发送信号的神经元叫做突触前单元,而接收的单元称为突触后细胞。神经细胞传递化学信息神经递质单向穿过突触从突触前细胞到突触后细胞。

让我们看看使用神经递质血清素的神经元的这个过程:

广告

  1. 突触前细胞(发送细胞)从氨基酸色氨酸中合成5-羟色胺(5-羟色胺,5HT),并将其封装在末端的囊泡中。
  2. 动作电位通过突触前细胞到达末端末端。
  3. 血清素穿过突触间隙,与一种叫做受体在突触后细胞(接收细胞)的细胞膜上,并在突触后细胞中建立去极化。如果去极化达到一个阈值水平,一个新的动作电位将在该细胞中传播。一些神经递质导致突触后细胞超极化(膜电位变得更负,这将抑制突触后细胞动作电位的形成)。血清素和它的受体就像和关键。
  4. 有些会被突触前细胞上的特定转运体(再摄取).这使得神经信号被“关闭”,并准备好突触接收另一个动作电位。
  5. 除了血清素,还有几种类型的神经递质,包括乙酰胆碱、去甲肾上腺素、多巴胺和-氨基丁酸(GABA)。任何给定的神经元只产生一种神经递质。任何一个神经细胞上都可能有来自兴奋性突触前神经元和抑制性突触前神经元的突触。通过这种方式,神经系统可以将各种细胞(以及随后的神经通路)“上”和“下”。最后,神经细胞在效应细胞上突触(肌肉腺体等)来唤起或抑制反应。

接下来,我们将学习不同类型的感觉神经元。

广告

感觉神经元

神经系统有许多类型的感觉神经元。每个神经元一端的神经末梢被包裹在一种特殊的结构中,以感知特定的刺激。

  • 化学感受器感觉的化学物质。监测你嗅觉的嗅球有感觉气味(空气中的化学物质)的化学感受器。味蕾有化学感受器来检测溶解在液体中的化学物质。化学感受器的大脑还要监测二氧化碳的浓度还有脑脊液来控制你的呼吸频率
  • 的机械感知触摸、压力和扭曲(拉伸)。大脑中的拉伸感受器肌肉肌腱是条件反射的第一个环节。
  • 光感受器,这感觉在视网膜中发现眼睛
  • 温度感受器是可以感知温度的游离神经末梢,但我们不确定它们是如何做到这一点的。温度的变化可以影响离子在细胞膜上的移动,从而影响动作电位。
  • 痛觉受器是能感知疼痛的游离神经末梢。它们对各种刺激(热、压、化学物质)和感觉组织损伤都有反应。
  • 听觉受体内耳能感知声波的振动。

通常,刺激会引起受体神经元树突中的离子变化,从而导致受体神经元中动作电位的形成。这些动作电位通过感觉神经元传递,感觉神经元连接到脊髓中的运动神经元(可能是上行神经元)。动作电位导致突触前细胞内的神经递质释放。神经递质与突触后细胞结合并在那里诱发动作电位。动作电位会穿过突触后细胞到达效应细胞(如肌肉细胞、皮肤、血管、腺体)上的另一个突触,在那里它的神经递质会在效应细胞中引起反应(如肌肉收缩)。或者,突触后细胞可能是另一个神经元,它将信号传递给大脑或脊髓中的另一个神经元。

广告

当神经受损或患病时会发生什么?我们将在下一页找到答案。

广告

神经障碍

神经活动可能受到毒素、创伤和疾病的影响。

  • 有毒物质干扰钠或钾通道,它们的作用是动作电位的基础。这些有毒物质包括毒液、重金属(如汞和铅)和麻醉剂。
  • 创伤当四肢或椎骨骨折,靠近它们的神经受到挤压、挤压甚至切断时,就会发生这种情况。这会导致疼痛、麻木、完全失去感觉或失去行动能力。损伤和恢复的程度取决于损伤的严重程度和位置。
  • 一个的神经常见的问题是骨头、关节还是肌肉压迫神经,损害神经传导,导致疼痛和麻木。这通常发生在脊柱的椎骨之间,肿胀的椎间盘会压迫神经。
  • 另一个常见的例子是腕管综合症手腕的反复动作(比如打字时)电脑)会导致骨隧道(腕骨)肿胀,桡神经和尺神经在这里穿过手腕进入手指。坐骨神经痛是一个类似的神经问题,受伤的椎间盘压迫到腿的坐骨神经,导致疼痛和麻木。
  • 一些疾病直接影响神经功能。例如,多发性硬化症当神经周围的髓磷脂退化,影响神经传导时,就会发生MS。多发性硬化症可能是由自身免疫反应引起的,而患者自身的免疫系统攻击有髓神经。重症肌无力是一种神经细胞和肌肉细胞之间的突触传递中断的疾病。

你的神经必须正确地传导冲动,以便调节你的内部环境,对外部环境作出反应,思考和学习。当神经受损时,许多身体功能或生活质量都会受到影响。

广告

要了解更多关于神经的知识,请查看下面页面的链接。

广告

更多的信息

相关文章

更大的链接

  • 可兴奋细胞。http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/E/ExcitableCells.html
  • 鼓起勇气,芝加哥论坛在线课程。http://nie.chicagotribune.com/activities_082205.htm
  • HHMI生物交互神经科学虚拟实验室。http://www.hhmi.org/biointeractive/neuroscience/vlab.html
  • 神经科学对孩子。http://faculty.washington.edu/chudler/introb.html
  • 《纽约时报》,“另一个大脑也能处理许多烦恼”http://www.nytimes.com/2005/08/23/health/23gut.html
  • 美国国家/国家行业集团公司。《细胞内部》http://publications.nigms.nih.gov/insidethecell/index.html
  • NIH, NIDA课程《大脑:通过成瘾研究了解神经生物学》。http://science-education.nih.gov/supplements/nih2/addiction/default.htm
  • NLM/NIH Medline Plus,多发性硬化症。http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/multiplesclerosis.html
  • NLM/NIH Medline Plus,重症肌无力。http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/myastheniagravis.html。
  • NLM/NIH Medline Plus,神经传导速度。http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/ency/article/003927.htm。
  • 在线词源词典:Nerve。http://www.etymonline.com/index.php?l=n&p=3
  • 《今日心理学》,“我们的第二大脑:胃”http://psychologytoday.com/articles/pto-19990501-000013.html
  • Purves, D等人,《神经科学第一章:神经细胞》http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?indexed=google&rid=neurosci.section.50
  • 神经科学学会,星形胶质细胞。http://www.sfn.org/index.cfm?pagename=brainBriefings_adult_neurogenesis
  • 神经科学学会,轴突引导。http://www.sfn.org/index.cfm?pagename=brainBriefings_axonGuidance
  • 神经科学学会,血脑屏障。http://www.sfn.org/index.cfm?pagename=brainBriefings_bloodBrainBarrier
  • 神经科学学会,大脑背景,神经细胞如何交流?http://www.sfn.org/index.cfm?pagename=brainBackgrounders_howDoNerveCells沟通
  • 神经科学学会,大脑简报:成人神经发生。http://www.sfn.org/index.cfm?pagename=brainBriefings_adult_neurogenesis
  • 神经科学、髓磷脂和脊髓修复学会。http://www.sfn.org/index.cfm?pagename=brainBriefings_myelinAndSpinalCordRepair
  • 神经科学,神经元迁移和大脑疾病学会。http://www.sfn.org/index.cfm?pagename=brainBriefings_neuron MigrationAndBrainDisorders
  • 神经科学,神经营养因子学会。http://www.sfn.org/index.cfm?pagename=brainBriefings_neurotrophicFactors
  • 神经科学,痛觉和疼痛学会。http://www.sfn.org/index.cfm?pagename=brainBriefings_nociceptorsAndPain
  • 神经科学,脊髓修复学会。http://www.sfn.org/index.cfm?pagename=brainBriefings_spinalCordRepair
  • 神经科学学会。大脑的事实。http://www.sfn.org/index.cfm?pagename=brainFacts

广告

加载……