35.1: Neurons na seli za Glial

Ujuzi wa Kuendeleza

• Orodha na kuelezea kazi za vipengele vya miundo ya neuroni
• Orodha na kuelezea aina nne kuu za neurons
• Linganisha kazi za aina tofauti za seli za glial

Mifumo ya neva katika ufalme wa wanyama hutofautiana katika muundo na utata, kama inavyoonyeshwa na aina mbalimbali za wanyama inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{1}\). Viumbe vingine, kama sponges za bahari, hawana mfumo wa neva wa kweli. Wengine, kama jellyfish, wanakosa ubongo wa kweli na badala yake wana mfumo wa seli za neva tofauti lakini zilizounganishwa (neurons) zinazoitwa “wavu wa neva.” Echinoderms kama vile nyota za bahari zina seli za neva zinazotunzwa ndani ya nyuzi zinazoitwa neva. Flatworms ya platyhelminthes ya phylum ina mfumo mkuu wa neva (CNS), unaoundwa na “ubongo” mdogo na kamba mbili za neva, na mfumo wa neva wa pembeni (PNS) unao na mfumo wa neva unaoenea katika mwili wote. Mfumo wa neva wa wadudu ni ngumu zaidi lakini pia umewekwa kwa haki. Ina ubongo, kamba ya ujasiri wa tumbo, na ganglia (makundi ya neurons zilizounganishwa). Ganglia hizi zinaweza kudhibiti harakati na tabia bila pembejeo kutoka kwa ubongo. Octopi huenda ikawa na ngumu zaidi ya mifumo ya neva ya mgongo-wana neuroni zinazopangwa katika maskio maalumu na macho ambayo yanafanana kimuundo na spishi za uti wa mgongo.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Mifumo ya neva inatofautiana katika muundo na utata. Katika (a) condarians, seli za ujasiri huunda wavu wa ujasiri wa madaraka. Katika (b) echinoderms, seli za ujasiri zinatunzwa ndani ya nyuzi zinazoitwa neva. Katika wanyama kuonyesha ulinganifu baina ya nchi kama vile (c) planarians, neurons nguzo katika ubongo anterior kwamba mchakato wa habari. Mbali na ubongo, (d) arthropodi zina makundi ya miili ya seli za neva, inayoitwa ganglia ya pembeni, iko kando ya kamba ya neva ya tumbo. Mollusks kama squid na (e) octopi, ambayo lazima kuwinda ili kuishi, kuwa na akili tata zenye mamilioni ya neurons. Katika (f) wenye uti wa mgongo, ubongo na uti wa mgongo hujumuisha mfumo mkuu wa neva, wakati neurons zinazoenea ndani ya mwili wote hujumuisha mfumo wa neva wa pembeni. (mikopo e: mabadiliko ya kazi na Michael Vecchione, Clyde F.E Roper, na Michael J. Sweeney, NOAA; mikopo f: mabadiliko ya kazi na NIH).

Ikilinganishwa na uti wa mgongo, mifumo ya neva ya vertebrate ni ngumu zaidi, kati, na maalumu. Ingawa kuna tofauti kubwa kati ya mifumo tofauti ya neva ya vertebrate, wote hushiriki muundo wa msingi: CNS iliyo na ubongo na uti wa mgongo na PNS yenye hisia za pembeni na neva za motor. Tofauti moja ya kuvutia kati ya mifumo ya neva ya uti wa mgongo na uti wa mgongo ni kwamba kamba za neva za uti wa mgongo wengi ziko ventrally ilhali uti wa mgongo uti wa mgongo iko dorsally. Kuna mjadala kati ya wanabiolojia wa mageuzi kuhusu kama mipango hii tofauti ya mfumo wa neva ilibadilika tofauti au kama mpangilio wa mpango wa mwili wa mgongo kwa namna fulani “ulipinduliwa” wakati wa mageuzi ya wauti.

Unganisha na Kujifunza

Tazama video hii ya mwanabiolojia Mark Kirschner akizungumzia jambo la “flipping” la mageuzi ya vertebrate.

Mfumo wa neva hujumuishwa na neuroni, seli maalumu ambazo zinaweza kupokea na kusambaza ishara za kemikali au umeme, na glia, seli zinazotoa kazi za usaidizi kwa neuroni kwa kucheza jukumu la usindikaji wa habari ambalo ni nyongeza kwa neuroni. Neuroni inaweza kulinganishwa na waya wa umeme—inapeleka ishara kutoka sehemu moja hadi nyingine. Glia inaweza kulinganishwa na wafanyakazi katika kampuni ya umeme ambao kuhakikisha waya kwenda mahali sahihi, kudumisha waya, na kuchukua chini waya kwamba ni kuvunjwa. Ingawa glia imekuwa ikilinganishwa na wafanyakazi, ushahidi wa hivi karibuni unaonyesha kwamba pia usurp baadhi ya kazi kuashiria ya neurons.

Kuna tofauti kubwa katika aina za neurons na glia ambazo zipo katika sehemu tofauti za mfumo wa neva. Kuna aina nne kuu za neurons, na zinashiriki vipengele kadhaa muhimu vya mkononi.

Neurons

Mfumo wa neva wa kuruka kwa maabara ya kawaida, Drosophila melanogaster, ina karibu na neurons 100,000, idadi sawa na lobster. Nambari hii inalinganishwa na milioni 75 katika panya na milioni 300 katika pweza. Ubongo wa binadamu una karibu neurons bilioni 86. Pamoja na idadi hizi tofauti sana, mifumo ya neva ya wanyama hawa hudhibiti tabia nyingi sawa-kutoka reflexes ya msingi hadi tabia ngumu zaidi kama kutafuta chakula na wenzake. Uwezo wa neuroni kuwasiliana na kila mmoja pamoja na aina nyingine za seli hutegemea tabia hizi zote.

Neurons nyingi hushiriki vipengele vya seli sawa. Lakini neuroni pia ni maalum-aina tofauti za neuroni zina ukubwa tofauti na maumbo yanayohusiana na majukumu yao ya kazi.

Sehemu za Neuroni

Kama seli nyingine, kila neuroni ina mwili wa seli (au soma) ambao una kiini, laini na mbaya endoplasmic reticulum, vifaa vya Golgi, mitochondria, na vipengele vingine vya seli. Neurons pia yana miundo ya kipekee, mfano katika Kielelezo\(\PageIndex{2}\) kwa ajili ya kupokea na kutuma ishara za umeme kwamba kufanya mawasiliano ya neuronal iwezekanavyo. Dendrites ni miundo kama mti kwamba kupanua mbali na mwili wa seli kupokea ujumbe kutoka neurons nyingine katika makutano maalumu iitwayo sinepsi. Ingawa baadhi ya neurons hazina dendrites yoyote, baadhi ya aina za neurons zina dendrites nyingi. Dendrites inaweza kuwa na protrusions ndogo inayoitwa miiba ya dendritic, ambayo huongeza zaidi eneo la uso kwa uhusiano iwezekanavyo wa synaptic.

Mara ishara inapokelewa na dendrite, kisha husafiri passively kwa mwili wa seli. Mwili wa seli una muundo maalumu, hillock ya axon inayounganisha ishara kutoka sinepsi nyingi na hutumika kama makutano kati ya mwili wa seli na akzoni. Axon ni muundo kama tube ambayo hueneza ishara jumuishi kwa mwisho maalumu inayoitwa vituo vya axon. Hizi vituo kwa upande synapse juu ya neurons nyingine, misuli, au viungo lengo. Kemikali iliyotolewa kwenye vituo vya axon huruhusu ishara kuwasilishwa kwa seli hizi nyingine. Neurons huwa na axoni moja au mbili, lakini baadhi ya neurons, kama seli za amacrine katika retina, hazina axoni yoyote. Baadhi ya akzoni hufunikwa na myelini, ambayo hufanya kazi kama kizio ili kupunguza uharibifu wa ishara ya umeme inaposafiri chini ya axon, na kuongeza kasi ya upitishaji. Insulation hii ni muhimu kama axon kutoka neuroni motor binadamu inaweza kuwa muda mrefu kama mita-kutoka msingi wa mgongo kwa vidole. Sheath ya myelini si kweli sehemu ya neuroni. Myelin huzalishwa na seli za glial. Pamoja na axon kuna mapungufu ya mara kwa mara katika kichwa cha myelin. Mapungufu haya huitwa nodes ya Ranvier na ni maeneo ambapo ishara ni “recharged” kama inasafiri kando ya axon.

Ni muhimu kutambua kwamba neuroni moja haina kutenda peke—mawasiliano ya neuroni inategemea uhusiano ambao neuroni hufanya na mtu mwingine (pamoja na seli nyingine, kama seli za misuli). Dendrites kutoka neuroni moja inaweza kupokea mawasiliano ya synaptic kutoka neurons nyingine nyingi. Kwa mfano, dendrites kutoka kiini cha Purkinje katika cerebellum hufikiriwa kupokea mawasiliano kutoka kwa neurons nyingine nyingi kama 200,000.

Sanaa Connection

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Neurons vyenye organelles kawaida kwa seli nyingine nyingi, kama vile kiini na mitochondria. Pia wana miundo maalumu zaidi, ikiwa ni pamoja na dendrites na axons.

Ni ipi kati ya kauli zifuatazo ni uongo?

1. Soma ni mwili wa seli ya seli ya neva.
2. Sheath ya Myelin hutoa safu ya kuhami kwa dendrites.
3. Axons hubeba ishara kutoka soma hadi lengo.
4. Dendrites hubeba ishara kwa soma.

Aina ya Neurons

Kuna aina tofauti za neurons, na jukumu la kazi la neuroni iliyotolewa linategemea sana muundo wake. Kuna tofauti ya ajabu ya maumbo neuron na ukubwa kupatikana katika maeneo mbalimbali ya mfumo wa neva (na katika aina), kama mfano kwa neurons inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{3}\).

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Kuna tofauti kubwa katika ukubwa na sura ya neurons katika mfumo wa neva. Mifano ni pamoja na (a) kiini cha piramidi kutoka gamba la ubongo, (b) kiini cha Purkinje kutoka kamba ya cerebela, na (c) seli zenye kunusa kutoka epithelium yenye kunusa na bulb yenye kunusa.

Ingawa kuna aina nyingi za seli za neuroni zilizoelezwa, neurons zinagawanywa kwa aina nne za msingi: unipolar, bipolar, multipolar, na pseudounipolar. Kielelezo\(\PageIndex{4}\) unaeleza aina hizi nne za msingi za neuroni. Neurons za Unipolar zina muundo mmoja tu unaoenea mbali na soma. Neuroni hizi hazipatikani katika vimelea lakini hupatikana katika wadudu ambako huchochea misuli au tezi. Neuroni ya bipolar ina axoni moja na dendriti moja inayoenea kutoka soma. Mfano wa neuroni ya bipolar ni seli ya bipolar ya retina, ambayo inapokea ishara kutoka seli za photoreceptor ambazo ni nyeti kwa mwanga na hupeleka ishara hizi kwa seli za ganglioni zinazobeba ishara kwenye ubongo. Neurons nyingi ni aina ya kawaida ya neuroni. Kila neuroni multipolar ina axon moja na dendrites nyingi. Neurons nyingi zinaweza kupatikana katika mfumo mkuu wa neva (ubongo na kamba ya mgongo). Mfano wa neuroni ya multipolar ni kiini cha Purkinje katika cerebellum, ambacho kina dendrites nyingi za matawi lakini axon moja tu. Siri za Pseudounipolar zinashiriki sifa na seli zote za unipolar na bipolar. Kiini cha pseudounipolar kina mchakato mmoja unaoenea kutoka soma, kama kiini cha unipolar, lakini mchakato huu baadaye huwa matawi katika miundo miwili tofauti, kama kiini cha bipolar. Neurons nyingi za hisia ni pseudounipolar na zina axon ambayo inakua katika upanuzi mbili: moja iliyounganishwa na dendrites ambayo hupokea habari za hisia na nyingine inayopeleka habari hii kwenye kamba ya mgongo.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Neurons ni pana kugawanywa katika aina nne kuu kulingana na idadi na uwekaji wa akzoni: (1) unipolar, (2) bipolar, (3) multipolar, na (4) pseudounipolar.

Uhusiano wa kila siku: Neurogenes

Wakati mmoja, wanasayansi waliamini kwamba watu walizaliwa na neurons zote ambazo wangeweza kuwa nazo. Utafiti uliofanywa wakati wa miongo michache iliyopita unaonyesha kuwa neurogenesis, kuzaliwa kwa neurons mpya, inaendelea kuwa watu wazima. Neurogenesis iligunduliwa mara ya kwanza katika nyimbo za nyimbo zinazozalisha neurons mpya wakati wa kujifunza Kwa mamalia, neuroni mpya pia huwa na jukumu muhimu katika kujifunza: takriban neuroni 1000 mpya huendeleza katika hippocampus (muundo wa ubongo unaohusika katika kujifunza na kumbukumbu) kila siku. Wakati wengi wa neurons mpya watakufa, watafiti waligundua kuwa ongezeko la idadi ya kuishi neurons mpya katika hippocampus uhusiano na jinsi vizuri panya kujifunza kazi mpya. Kushangaza, wote zoezi na baadhi ya dawa dawamfadhaiko pia kukuza neurogenesis katika hippocampus. Stress ina athari tofauti. Wakati neurogenesis ni mdogo kabisa ikilinganishwa na kuzaliwa upya katika tishu nyingine, utafiti katika eneo hili unaweza kusababisha matibabu mapya kwa matatizo kama vile Alzheimers, kiharusi, na kifafa.

Je, wanasayansi wanatambua neurons mpya? Mtafiti anaweza kuingiza kiwanja kinachoitwa bromodeoxyuridine (BRDU) ndani ya ubongo wa mnyama. Wakati seli zote itakuwa wazi kwa BrDu, BrDu tu kuingizwa katika DNA ya seli wapya yanayotokana kwamba ni katika S awamu. Mbinu inayoitwa immunohistochemistry inaweza kutumika kuunganisha studio ya fluorescent kwa BRDU iliyoingizwa, na mtafiti anaweza kutumia hadubini ya fluorescent kutazama uwepo wa BrDU, na hivyo neurons mpya, katika tishu za ubongo. Kielelezo\(\PageIndex{5}\) ni micrograph ambayo inaonyesha fluorescently labeled neurons katika hippocampus ya panya.

Kielelezo\(\PageIndex{5}\): Micrograph hii inaonyesha fluorescently labeled neurons mpya katika hippocampus panya. Seli ambazo zinagawanya kikamilifu zina bromodoxyuridine (BrDU) zilizoingizwa katika DNA zao na zimeandikwa kwa rangi nyekundu. Viini vinavyoelezea protini ya glial fibrillary tindikali (GFAP) ni lebo katika kijani. Astrocytes, lakini si neurons, kuelezea GFAP. Kwa hiyo, seli ambazo zimeandikwa nyekundu na kijani zinagawanya kikamilifu astrocytes, wakati seli zilizoitwa nyekundu zinagawanya neurons kikamilifu. (mikopo: mabadiliko ya kazi na Dk Maryam Faiz, et. al., Chuo Kikuu cha Barcelona; data ya kiwango cha bar kutoka Matt Russell)

Unganisha na Kujifunza

Tovuti hii ina taarifa zaidi kuhusu neurogenesis, ikiwa ni pamoja na maingiliano maabara simulation na video inayoelezea jinsi BrDu maandiko seli mpya.

Glia

Wakati glia mara nyingi hufikiriwa kama kutupwa kwa mfumo wa neva, idadi ya seli za glial katika ubongo kwa kweli huzidi idadi ya neuroni kwa sababu ya kumi. Neurons hawataweza kufanya kazi bila majukumu muhimu ambayo yanatimizwa na seli hizi za glial. Glia kuongoza kuendeleza neurons kwa nchi zao, ions buffer na kemikali ambayo vinginevyo madhara neurons, na kutoa sheaths myelin karibu akzoni. Wanasayansi hivi karibuni wamegundua kwamba pia wana jukumu katika kukabiliana na shughuli za ujasiri na kuimarisha mawasiliano kati ya seli za ujasiri. Wakati glia haifanyi kazi vizuri, matokeo yanaweza kuwa maafa - tumors nyingi za ubongo husababishwa na mabadiliko katika glia.

Aina ya Glia

Kuna aina mbalimbali za glia na kazi tofauti, mbili ambazo zinaonyeshwa kwenye Kielelezo\(\PageIndex{6}\). Astrocytes, inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{7}\) kufanya mawasiliano na capillaries wote na neurons katika CNS. Wao hutoa virutubisho na vitu vingine kwa neurons, kudhibiti viwango vya ions na kemikali katika maji ya ziada, na kutoa msaada wa miundo kwa sinepsi. Astrocytes pia huunda kizuizi cha damu-ubongo-muundo unaozuia kuingia kwa vitu vya sumu ndani ya ubongo. Astrocytes, hasa, zimeonyeshwa kupitia majaribio ya upigaji picha za kalsiamu kuwa hai katika kukabiliana na shughuli za ujasiri, kusambaza mawimbi ya kalsiamu kati ya astrocytes, na kurekebisha shughuli za sinepsi zinazozunguka.

Kielelezo\(\PageIndex{6}\): Seli za glial zinaunga mkono neurons na kudumisha mazingira yao. Seli za glial za (a) mfumo mkuu wa neva ni pamoja na oligodendrocytes, astrocytes, seli za ependymal, na seli za microglial. Oligodendrocytes huunda sheath ya myelini karibu na axons. Astrocytes hutoa virutubisho kwa neurons, kudumisha mazingira yao ya ziada, na kutoa msaada wa miundo. Microglia scavenge vimelea na seli wafu. Seli za ependymal huzalisha maji ya cerebrospinal ambayo hutia neurons. Seli za glial za (b) mfumo wa neva wa pembeni ni pamoja na seli za Schwann, ambazo huunda ala la myelini, na seli za satelaiti, ambazo hutoa virutubisho na msaada wa miundo kwa neuroni.

Glia ya satellite hutoa virutubisho na msaada wa miundo kwa neurons katika PNS. Microglia scavenge na kuharibu seli wafu na kulinda ubongo kutoka kuvamia microorganisms. Oligodendrocytes, inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{7}\) fomu sheaths myelin karibu axons katika CNS. Axon moja inaweza kuwa myelinated na oligodendrocytes kadhaa, na oligodendrocyte moja inaweza kutoa myelini kwa neurons nyingi. Hii ni tofauti na PNS ambako seli moja ya Schwann hutoa myelini kwa akzoni moja tu kama kiini chote cha Schwann kinazunguka akzoni. Radial glia hutumikia kama scaffolds kwa kuendeleza neurons kama wao kuhamia hadi mwisho wao. Seli za ependymal zinaweka ventricles zilizojaa maji ya ubongo na mfereji wa kati wa kamba ya mgongo. Wao ni kushiriki katika uzalishaji wa maji ya cerebrospinal, ambayo hutumika kama mto kwa ubongo, husababisha maji kati ya kamba ya mgongo na ubongo, na ni sehemu ya plexus ya choroid.

Kielelezo\(\PageIndex{7}\): (a) Astrocytes na (b) oligodendrocytes ni seli za glial za mfumo mkuu wa neva. (mikopo a: muundo wa kazi na University Sare Services; mikopo b: muundo wa kazi na Jurjen Broeke; data wadogo bar kutoka Matt Russell)

Muhtasari

Mfumo wa neva unajumuisha neurons na glia. Neuroni ni seli maalumu ambazo zina uwezo wa kutuma umeme pamoja na ishara za kemikali. Neurons nyingi zina dendrites, zinazopokea ishara hizi, na axoni zinazotuma ishara kwa neurons nyingine au tishu. Kuna aina nne kuu za neurons: unipolar, bipolar, multipolar, na neurons pseudounipolar. Glia ni seli zisizo za neuroni katika mfumo wa neva zinazounga mkono maendeleo ya neuronal na kuashiria. Kuna aina kadhaa za glia zinazotumikia kazi tofauti.

Sanaa Connections

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Ni ipi kati ya kauli zifuatazo ni uongo?

1. Soma ni mwili wa seli ya seli ya neva.
2. Sheath ya Myelin hutoa safu ya kuhami kwa dendrites.
3. Axons hubeba ishara kutoka soma hadi lengo.
4. Dendrites hubeba ishara kwa soma.

Jibu

B

faharasa

astrocyte

kiini cha glial katika mfumo mkuu wa neva ambao hutoa virutubisho, buffering ya ziada, na msaada wa miundo kwa neurons; pia hufanya kizuizi cha damu-ubongo

akzoni

muundo wa tube unaoeneza ishara kutoka kwenye mwili wa seli ya neuron hadi kwenye vituo vya axon

axon hillock

muundo wa umeme nyeti juu ya mwili wa seli ya neuroni ambayo inaunganisha ishara kutoka kwa uhusiano wa neuronal nyingi

terminal ya axon

muundo juu ya mwisho wa axon ambayo inaweza kuunda sinepsi na neuroni nyingine

dendrite

muundo kwamba inaenea mbali na mwili wa seli kupokea ujumbe kutoka neurons nyingine

ependymal

kiini kinachoweka ventricles zilizojaa maji ya ubongo na mfereji wa kati wa kamba ya mgongo; kushiriki katika uzalishaji wa maji ya cerebrospinal

glia

(pia, seli za glial) seli zinazotoa kazi za msaada kwa neurons

microglia

glia kwamba scavenge na kuharibu seli wafu na kulinda ubongo kutoka kuvamia microorganisms

myelini

mafuta dutu zinazozalishwa na glia kwamba insulates axons

neuroni

maalumu kiini kwamba wanaweza kupokea na kusambaza ishara za umeme na kemikali

nodes ya Ranvier

mapungufu katika ala ya myelin ambapo ishara inarejeshwa

oligodendrocyte

glial kiini kwamba myelinates mfumo mkuu wa neva neuron axons

radial glia

glia kwamba kutumika kama scaffolds kwa ajili ya kuendeleza neurons kama wao kuhamia unafuu yao ya mwisho

satellite glia

kiini glial ambayo hutoa virutubisho na msaada wa miundo kwa neurons katika mfumo wa neva wa pembeni

Kiini cha Schwann

glial kiini kwamba inajenga myelin ala kuzunguka pembeni mfumo wa neva neuron axon

sinepsi

makutano kati ya neurons mbili ambapo ishara za neuronal zinawasiliana