Totul despre neuroni: cum se formeaza, cum functioneaza si care este rolul lor in organism

Neuronii sunt responsabili pentru transportul informatiilor in corpul uman. Folosind semnale electrice si chimice, acestia ajuta la coordonarea tuturor functiilor necesare vietii.

Cati neuroni are un om? Cercetatorii estimeaza ca in creier sunt aproximativ 86 de miliarde de neuroni. Acestia se formeaza inainte de nastere. Pentru a ajunge la acest numar, un fat in curs de dezvoltare trebuie sa creeze in jur de 250.000 de neuroni pe minut.

Fiecare neuron este conectat cu alti 1.000 de neuroni, creand o retea de comunicare complexa. Neuronii sunt considerati unitatile de baza ale sistemului nervos.

In acest articol, vom incerca sa explicam, in detaliu, ce sunt neuronii si cum functioneaza.

Cuprins:

Ce sunt neuronii?
Structura neuronului
Tipuri de neuroni
Cum se formeaza neuronii
De ce mor neuronii?

Ce sunt neuronii?

Pentru a intelege mai bine rolul neuronilor in organism, este esential sa constientizam cum functioneaza sistemul nervos central.

Asadar, sistemul nervos central, care cuprinde creierul si maduva spinarii, este alcatuit din doua tipuri de celule de baza:

1. neuronii;
2. glia sau celulele gliale.

Numarul celulelor gliale depasesc numarul neuronilor, in unele parti ale creierului. Cu toate acestea, neuronii sunt jucatorii cheie in functionarea creierului.

Creierul este componenta principala a sistemului nervos central, este sistemul de control al corpului. Acesta controleaza toate activitatile voluntare efectuate de o persoana. De asemenea, are sisteme de control pentru reglarea proceselor involuntare, precum frecventa respiratorie si tensiunea arteriala. Este, totodata, responsabil pentru functii superioare, precum procesarea gandurilor, formarea memoriei, comportamentul, gandirea etc.

Toate aceste functii ale creierului sunt indeplinite de neuroni, cunoscuti si sub denumirea de celule nervoase. Acestia reprezinta unitatile structurale si functionale de baza ale sistemului nervos.

Neuronii reprezinta 10% din creier, restul fiind celule gliale, care sustin si hranesc neuronii. Celulele nervoase se dezvolta complet in apropierea nasterii, dar, spre deosebire de alte celule, nu se pot reproduce sau regenera, odata ce mor.

Procesul de creare a unor noi celule nervoase este denumit neurogeneza. Desi, in prezent, nu este foarte clar inteles acest proces, oamenii de stiinta au descoperit ca formarea celulelor nervoase are loc in anumite zone ale creierului si dupa nastere.

Neuronii sunt mesageri de informatii. Acestia folosesc impulsuri electrice si semnale chimice pentru a transmite informatii intre creier si restul sistemului nervos. Tot ceea ce oamenii cred, simt si fac ar fi imposibil de realizat fara contributia neuronilor si a celulelor de sprijin. Acestea din urma sunt celulele gliale, care se impart in astrocite si oligodentrocite.

Structura neuronului

Neuronii pot fi vazuti doar cu ajutorul unui microscop. Neuronii au trei parti de baza: un corp celular si doua fibre nervoase sau extensii, numite axon si dendrite. Cu toate acestea, neuronii sunt diferiti in ceea ce priveste dimensiunea, forma si caracteristicile, particularitati care depind de functia si rolul fiecaruia in parte.

In corpul celular se afla un nucleu, care controleaza activitatea celulei, contine materialul genetic al acesteia si ofera energie pentru a conduce activitati. Corpul celular este acea portiune a neuronului care primeste informatiile.

PRELUNGIRILE NEURONULUI

Dendritele sunt filamente, care transporta informatii de la alti neuroni la nucleu. Dendritele reprezinta partea de „intrare“ a celulei.

Axonul este o structura lunga, asemanatoare unei cozi, care transporta informatii din corpul celular catre alte celule. Axonul reprezinta partea de „iesire“ a celulei. In mod normal, se termina cu un numar de sinapse neuronale, care se conecteaza cu dendritele altor celule nervoase.

Axonii variaza in lungime. In timp ce unele fibre nervoase pot fi mici, altele pot atinge un metru lungime. Cei mai lungi axoni ai corpului uman sunt cei care alcatuiesc nervul sciatic, axoni a caror lungime poate depasi un metru.

Neuronii comunica intre ei prin intermediul unor substante chimice, numite neurotransmitatori, printr-un spatiu mic, numit sinapsa, care se formeaza intre axonii si dendritele neuronilor adiacenti. Asadar, neuronii nu se ating intre ei, dar cand doua celule nervoase se apropie una de cealalta se formeaza o sinapsa intre ele.

Ce sunt sinapsele si cum functioneaza?

Sinapsele reprezinta legaturile functionale dintre doi neuroni sau dintre un neuron si o alta celula efectoare.

Sinapsele pot fi electrice sau chimice. Cu alte cuvinte, semnalul care este transportat de la prima fibra nervoasa (neuronul presinaptic) la urmatoarea (neuronul postsinaptic) este transmis printr-un semnal electric sau unul chimic.

Sinapsele chimice

Odata ce un semnal ajunge la o sinapsa, declanseaza eliberarea de substante chimice (neurotransmitatori) in „golul“ dintre cei doi neuroni. Acesta se numeste „despicatura sinaptica“.

Neurotransmitatorii se propaga prin acest spatiu sinaptic si interactioneaza cu receptorii de pe membrana neuronului postsinaptic, declansand un raspuns.

Sinapsele chimice sunt clasificate in functie de neurotransmitatorii pe care ii elibereaza:

• sinapse glutamatergice - elibereaza glutamat; sunt, adesea, excitatorii, ceea ce inseamna ca au mai multe sanse sa declanseze un potential de actiune;
• sinapse GABAergice - elibereaza GABA (acid gamma-aminobutiric); sunt, adesea, inhibitorii, ceea ce inseamna ca reduc sansele ca neuronul postsinaptic sa se declanseze;
• sinapsa colinergica - elibereaza acetilcolina; se intalneste intre neuronii motori si fibrele musculare;
• sinapsa adrenergica - elibereaza norepinefrina (noradrenalina).

Sinapsele electrice

Sinapsele electrice sunt mai putin comune, insa ele se gasesc in intregul sistem nervos central. Acestea functioneaza mult mai rapid decat cele chimice, astfel ca sunt de gasit in locuri unde actiunile rapide sunt necesare, de exemplu in reflexele defensive.

Sinapsele chimice pot declansa reactii complexe, dar cele electrice pot produce doar raspunsuri simple. Cu toate acestea, in comparatie cu cele chimice, sinapsele electrice sunt bidirectionale: informatiile pot circula in orice directie.

Ce sunt neurotransmitatorii?

Neurotransmitatorii sunt o parte esentiala a functionarii organismului, zi de zi. Cu toate ca nu se cunoaste cu exactitate numarul total de neurotransmitatori care exista in corpul uman, oamenii de stiinta au identificat peste 100 de astfel de mesageri chimici.

Neurotransmitatorii se impart in mai multe categorii, in functie de tipul de actiune pe care o efectueaza:

• excitatori, atunci cand declanseaza o activitate electrica a membranei neuronului receptor (postsinaptic)
• inhibitori, adica reduc declansarea unui impuls nervos si scade probabilitatea ca neuronul sa mai declanseze actiunea
• modulatori: denumiti si neuromodulatori, care sunt capabili sa influenteze un numar mai mare de neuroni in acelasi timp, cat si efectele altor mesageri chimici, insa au o actiune mai lenta (de exemplu, serotonina, acetilcolina, histamina)

Toate tipurile sunt necesare pentru buna functionare a sistemului nervos si coordonarea diferitelor celule si organe ale corpului

Cateva tipuri de neurotransmitatori

• Acetilcolina este primul neurotransmitator identificat, in anul 1914. Acesta are numeroase functii in organism, fiind important pentru memorie, contractii musculare si pentru invatare. Lipsa de acetilcolina in creier este asociata cu boala Alzheimer.

• Endorfinele reprezinta raspunsul sistemului nervos la durere si stres. Organismul produce endorfine, care prezinta numeroase beneficii, printre care reducerea stresului si a durerii. Acesti mesageri chimici sunt asemanatori cu medicamentele opiacee, precum morfina, dar sunt semnificativ mai puternici.

• Dopamina este asociata cu gandurile si sentimentele placute. Medicii specialisti pot prescrie medicamente care sa contribuie la cresterea activitatii dopaminei in creier. Printre afectiunile asociate cu deficitul de dopamina se numara boala Parkinson. De asemenea, cercetatorii au gasit legaturi intre schizofrenie si niveluri mari de dopamina in anumite parti ale creierului.

• Glutamatul stimuleaza neuronii sa emita comenzi majore. Acest tip de neurotransmitator este asociat cu procesul de invatare si memoria. Glutamatul in exces poate duce la supraexcitarea celulelor, ceea ce le poate determina sa nu mai functioneze. Glutamatul este asociat cu maladia Alzheimer, unde primele simptome sunt, in general, la nivelul memoriei.

Tipuri de neuroni

Impartirea neuronilor se face dupa diferite criterii. De pilda, pot fi inclusi intr-o categorie tinand cont de functia pe care o au sau de conexiunile pe care le fac.

FUNCTIILE NEURONULUI

In ceea ce priveste functia, exista trei clase de neuroni:

1. neuronii senzoriali - transmit informatii de la organele de simt (ochii, urechile, gura, nasul, pielea) catre creier;
2. neuronii motori - controleaza activitatea musculara voluntara, cum ar fi vorbirea, si transmit mesaje de la celulele nervoase din creier la muschi, organe si glande din tot corpul;
3. neuronii de releu - permit comunicarea neuronilor senzoriali si motori.

In ceea ce priveste conexiunile pe care le stabilesc, neuronii sunt impartiti in trei categorii:

1. neuronii eferenti - preiau mesaje de la sistemul nervos central si le transmit celulelor din alte parti ale corpului;
2. neuroni aferenti - preiau mesaje din diferite parti ale corpului si le transmit sistemului nervos central;
3. interneuronii - transmit mesaje intre diferiti neuroni din sistemul nervos central.

Oamenii de stiinta considera ca neuronul este cel mai divers tip de celula din organism. In aceste clase de neuroni sunt incadrate sute de alte tipuri diferite, fiecare cu abilitati specifice de transmitere a mesajelor.

Cum comunica acesti neuroni intre ei, realizand conexiuni, este ceea ce face ca fiecare persoana sa fie unica in ceea ce priveste felul in care gandeste, simte si actioneaza.

Cum se formeaza neuronii

Neurogeneza este procesul prin care noi neuroni se formeaza in creier. Acest proces este crucial cand embrionul se dezvolta, dar continua, in unele regiuni ale creierului, dupa nastere si pe tot parcursul vietii.

Creierul matur are multe zone de functionare specializate si neuroni care difera din punct de vedere al structurii si al conexiunilor pe care le fac. De exemplu, hipocampul - o zona a creierului care joaca un rol important in memorie si navigatie spatiala - are cel putin 27 tipuri diferite de neuroni.

Diversitatea neuronilor din creier este rezultatul unei neurogeneze stabilizate in timpul dezvoltarii embrionare. In timpul acestui proces, celulele stem neuronale se diferentiaza.

Nasterea neuronilor

Neuronii iau nastere in zone ale creierului care au concentratii ridicate de celule precursoare neuronale, cunoscute si ca celule stem neuronale. Aceste celule au potentialul de a genera majoritatea - daca nu chiar toate - tipurile de neuroni si glia din creier.

Oamenii de stiinta au observat modul in care celulele precursoare neuronale se comporta in laborator. Desi, acest lucru nu arata cu exactitate felul in care aceste celule se comporta in creier, ofera informatii in legatura cu modul posibil de a se comporta cand se afla in mediul cerebral.

Stiinta celulelor stem este inca noua, insa unii cercetatori sunt de parere ca celulele stem neuronale pot genera alte celule in creier. Ei numesc acest proces descendenta celulelor stem si il aseamana cu un arbore genealogic.

Celulele stem neuronale se multiplica prin impartirea in doua, creand fie doua noi celule stem, fie doua celule progenitoare timpurii, fie cate una din fiecare.

Cand o celula stem se divide si produce o alta celula stem, se spune ca se auto-reinoieste. Acea noua celula are potential de a produce mai multe celule stem.

Cand o celula stem se divide si produce o celula progenitoare timpurie, se spune ca se diferentiaza. Acest lucru inseamna ca noua celula este specializata in forma si functie. O celula progenitoare timpurie nu are potentialul unei celule stem de a produce multe diferite tipuri de celule. Poate face celule din descendenta sa particulara.

Celulele progenitoare timpurii se pot auto-reinoi sau se pot diversifica in doua moduri. Un tip va da nastere astrocitelor. Celalat tip va produce, in cele din urma, neuroni sau oligodendrocite.

Migrarea neuronilor

Odata ce un neuron se formeaza, trebuie sa „calatoreasca“ in acea zona a creierului unde isi va putea indeplini misiunea. Oamenii de stiinta au observat ca exista doua metode prin care neuronii de deplaseaza.

Unii neuroni migreaza urmand fibrele lungi ale celulelor numite glia radiala. Aceste fibre se extind de la straturile interioare la straturile exterioare ale creierului. Neuronii aluneca de-a lungul fibrelor pana ajung la destinatie.

De asemenea, neuronii calatoresc folosind semnale chimice. Oamenii de stiinta au gasit molecule speciale pe suprafata neuronilor - molecule de adeziune - care se leaga cu molecule similare pe celulele gliale din apropiere sau pe axonii nervosi. Unele celule mor in timpul procesului de dezvoltare neuronala. Aceste semnale chimice ghideaza neuronii catre destinatia finala.

Nu toti neuronii au succes in calatoria lor. Oamenii de stiinta cred ca doar o treime ajung la destinatie. Unele celule mor in timpul dezvoltarii neuronale.

Unii neuroni supravietuiesc calatoriei, dar ajung in locuri in care n-ar trebui sa fie. Mutatiile genelor care controleaza migrarea creeaza zone de neuroni deplasati sau formati in mod ciudat, care pot provoca tulburari, precum epilepsia copilariei. Unii cercetatori suspecteaza ca dislexia si schizofrenia sunt, partial, rezultatul unor neuroni gresiti.

Diferentierea celulara

Odata ce un neuron ajunge la destinatie, trebuie sa se instaleze pentru a functiona. Acest pas final de diferentiere este cea mai putin inteleasa parte a neurogenezei.

Neuronii sunt responsabili pentru transportul si absorbtia neurotransmitatorilor, acele substante chimice care transmit informatii intre celulele creierului.

In functie de locul in care se afla, un neuron poate indeplini functia de neuron senzorial, de neuron motor sau de interneuron, trimitand si primind neurotransmitatori specifici.

In creierul in curs de dezvoltare, un neuron depinde de semnalele moleculare de la alte celule, precum astrocitele, pentru a-si determina forma si locul, tipul de transmitator pe care il produce si cu ce alti neuroni se va conecta. Aceste celule proaspat nascute stabilesc circuite neuronale - sau cai de informare care conecteaza neuron cu neuron -, care vor exista pe tot parcursul vietii adulte.

In creierul adult, circuitele neuronale sunt deja dezvoltate si neuronii trebuie sa gaseasca o cale sa se integreze. Pe masura ce un nou neuron se instaleaza, incepe sa arate ca celulele din jur. Dezvolta axoni si dendrite si incepe sa comunice cu „vecinii“ sai.

DE CE MOR NEURONII?

De ce mor neuronii? In timpul dezvoltarii sistemului nervos se creeaza mult mai multi neuroni decat vor supravietui in cele din urma. „Surplusul“ de neuroni este, apoi, distrus. Acest proces de moarte celulara programata sau autodistrugere poarta numele de apoptoza si este un fenomen normal si esential in timpul dezvoltarii cerebrale. Insa, celulele neuronale pot fi distruse ca urmare a unor cauze patologice, proces care se numeste moarte celulara necrotica si care are loc, de regula, in viata adulta. Printre aceste cauze se numara leziunile traumatice, toxinele din mediu, afectiunile cardiovasculare, agentii infectiosi sau bolile genetice.

Asadar, cu toate ca neuronii sunt celulele cu cea mai mare durata de viata din organism, un numar mare dintre ei mor in timpul migrarii si diferentierii. De asemenea, parcursul unor neuroni iau turnuri anormale. Astfel, unele boli ale creierului sunt rezultatul mortii nenaturale a neuronilor.

• In boala Parkinson, neuronii care produc neurotransmitatorul dopamina mor in ganglionii bazali, o zona a creierului care controleaza miscarile corpului. Astfel, apar dificultati la initierea miscarii.

• In boala Huntington, o mutatie genetica provoaca o supraproductie a neurotramitatorul numit glutamat, care ucide neuronii din ganglionii bazali. Drept urmare, apar manifestari, precum disfunctia motorie si modificari la nivel emotional.

• In boala Alzheimer, proteine neobisnuite se acumuleaza in si in jurul neuronilor din neocortex si hipocamp, acele parti ale creierului care controleaza memoria. Cand acesti neuroni mor, oamenii isi pierd capacitatea de a-si aminti si abilitatea de a indeplini sarcini zilnice. Leziunile fizice ale creierului si ale altor parti ale sistemului nervos central pot, de asemenea, sa ucida sau sa dezactiveze neuroni.

• Afectiunile la nivelul creierului sau leziunile cauzate de un accident vascular cerebral pot ucide neuronii sau ii pot priva incet de oxigen si de nutrientii de care au nevoie pentru a supravietui.

• Leziunile maduvei spinarii pot perturba comunicarea dintre creier si muschi, cand neuronii isi pierd conexiunile cu axonii localizati sub zona afectata. Acesti neuroni pot supravietui, dar isi vor pierde abilitatea de a comunica.

Oamenii de stiinta spera ca, prin o mai buna intelegere a functionarii neuronilor, vor reusi sa dezvolte noi tratamente si chiar remedii pentru bolile cerebrale, care afecteaza milioane de oameni din intreaga lume.

Neuronii se regenereaza?

Cand celulele din creierul adult sunt afectate, acestea revin la o stare embrionara, arata cele mai recente studii in domeniu. Potrivit unei cercetari realizate de oamenii de stiinta de la Universitatea din California, celulele au capacitatea de a recrea noi conexiuni, care, in conditii propice, ajuta la restabilirea functiei pierdute.

Cu ajutorul unor instrumente ale neurostiintei moderne, geneticii moleculare, virusologiei si puterii de calcul, cercetatorii au reusit, pentru prima data, sa identifice cum intregul set de gene dintr-o celula a creierului adult se reseteaza pentru a se regenera. Aceasta descoperire, spun oamenii de stiinta americani, ofera o perspectiva fundamentala in ceea ce priveste regenerarea neuronilor.

Neuronii sunt unele dintre cele mai fascinante tipuri de celule din corpul uman. Acestia sunt esentiali pentru fiecare actiune pe care corpul si creierul uman o desfasoara. Datorita complexitatii retelelor neuronale, oamenii au diferite personalitati si constiinte. Aceste retele sunt responsabile atat pentru actiuni simple, cat si pentru cele complicate: de la gesturi reflexe la ganduri profunde.

Sursa foto: Unsplash

Resurse:

1. https://www.nature.com/scitable/blog/brain-metrics/are_there_really_as_many/
2. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK234146/
3. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2776484/
4. https://www.brainfacts.org/ask-an-expert/are-you-born-with-all-your-brain-cells-or-do-you-grow-new-ones
5. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK554388/#:~:text=The%20longest%20axons%20of%20the,length%20can%20exceed%20one%20meter.
6. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK11164/
7. https://www.verywellmind.com/what-is-acetylcholine-2794810
8. https://www.eurekaselect.com/133315/article
9. https://www.degruyter.com/document/doi/10.1515/revneuro-2013-0004/html
10. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpsyt.2014.00047/full
11. https://www.verywellmind.com/what-is-a-neuron-2794890
12. https://www.healthline.com/health/neurons#takeaway
13. https://qbi.uq.edu.au/brain-basics/brain-physiology/what-neurogenesis
14. https://www.ninds.nih.gov/Disorders/Patient-Caregiver-Education/Life-and-Death-Neuron
15. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/9700393/
16. https://www.sciencedaily.com/releases/2020/04/200415133654.htm