Elektriniai reiškiniai gyvuosiuose organizmuose. Neuromokslų pradmenys (papildomam skaitymui)

Neuronai, arba nervinės ląstelės, – pagrindinės nervų sistemos ląstelės, būdingos ir stuburiniams, ir bestuburiams gyvūnams (pavyzdžiui, medūzoms, koralams). Žmogaus kūne gausu elektrinių signalų. Būtent neuronais žmogaus nervų sistema siunčia elektrinius signalus po visą kūną ir į smegenis. Dėl jų žmogus gali judėti, mąstyti ir jausti.

Neuronai skiriasi forma ir dydžiu. Jų dydis – nuo 4 μm iki 130 μm. Kiekvienas neuronas turi kūną ir ataugas. Neuroną sudaro dendritai, ląstelės kūnas, aksonas ir aksono šluotelė (2.9.1 pav.).

Jungiamuoju audiniu sujungti aksonų pluoštai ir sudaro nervą. Vienas neuronas vienu metu jungiasi su daug kitų neuronų (2.9.2 pav., a, b). Dėl to elektriniai signalai perduodami iš vienų neuronų į kitus. Kai neurono dendritai paveikiami išorinio dirgiklio, elektrinis signalas, kuris vadinamas veikimo potencialu, sklinda neurono aksonu ir perduodamas kitiems neuronams (2.9.2 pav., a). Sklindant veikimo potencialui keičiasi elektros krūvis neurono viduje ir išorėje (2.9.2 pav., b). Veikimo potencialus skiria ramybės potencialas (2.9.2 pav., b).

Aptarkime, kaip susidaro ramybės ir veikimo potencialai neuronuose. Tai priklauso nuo jonų judėjimo kanalais per neurono ląstelės membraną. Natrio (Na⁺), kalio (K⁺), chloro (Cl^–) jonų yra tiek neurono ląstelės viduje, tiek išorėje. Neurono ramybės būsenoje natrio jonų ląstelės išorėje yra daugiau nei viduje. Kalio jonų, priešingai, yra daugiau ląstelės viduje (2.9.3 pav.). Ramybės būsenoje neuronas nesiunčia elektrinio signalo (2.9.2 pav., b). Skirtingi jonai bando pasiskirstyti tolygiai abiejose ląstelės membranos pusėse, tačiau to padaryti negali, nes ląstelės membrana tik kai kuriems jonams leidžia judėti jonų kanalais. Ramybės būsenoje kalio jonai (K⁺) gali lengvai pereiti per membraną, o chloro (Cl^–) ir natrio (Na⁺) jonai prasiskverbia sunkiau. Neigiamąjį krūvį turinčios baltymų molekulės (A^–) neurono viduje negali kirsti membranos (2.9.3 pav.). Neurono ramybės potencialas yra apie −70 mV. Vadinasi, neurono viduje potencialas yra 70 mV mažesnis nei išorėje (U = −70 mV) (2.9.4 pav.). Ramybės būsenoje santykinai daugiau natrio jonų yra už neurono ląstelės ir daugiau kalio jonų neurono viduje.

Tam tikras aplinkos poveikis (dirgiklis) lemia neurono ramybės potencialo pokyčius. Neuronai turi nuspręsti, ar perduoti signalą toliau. Jei elektrinio potencialo pokytis neviršija −55 mV (slenkstinio potencialo), signalas neperduodamas (2.9.4 pav.). Signalo perdavimas (arba neperdavimas) priklauso nuo jonų judėjimo neurono ląstelės membranos kanalais. Dėl dirgiklio poveikio pirmiausia atsidaro natrio kanalai (2.9.5 pav.). Kadangi neurono išorėje yra daug daugiau teigiamųjų natrio jonų, o neurono vidus išorės atžvilgiu yra neigiamas, natrio jonai veržiasi į neurono ląstelę. Neuronas, gavęs papildomą teigiamąjį krūvį, depoliarizuojamas – potencialas jo viduje tampa aukštesnis už potencialą išorėje (2.9.5 pav.). Kalio kanalams atsidaryti reikia daugiau laiko. Maždaug tuo metu pradeda užsidaryti natrio kanalai. Kai kalio kanalai atsidaro, kalio jonai išeina iš ląstelės ir vyksta repoliarizacija (2.9.5 pav.). Tuo metu elektrinis potencialas ląstelės viduje vėl tampa mažesnis nei išorėje ir palaipsniui grįžta į ramybės potencialo lygį (U = −70 mV). Depoliarizacija ir repoliarizacija vadinamos veikimo potencialu, arba nerviniu impulsu. Vadinasi, mūsų elgsena priklauso nuo natrio ir kalio jonų judėjimo neuronų kanalais.

Nervų sistemos sandarą, veiklą, sutrikimus ir jų priežastis tyrinėja neuromokslai (gr. neuro – nervas). Neuromokslai taip pat tyrinėja pavienes ląsteles (pirmiausia neuronus) ir jų junginius.

Iš biologijos mokslo kildinami neuromokslai pamažu tapo tarpdisciplininiu mokslu, glaudžiai susijusiu su inžinerija, matematika, kalbotyra, informatika, chemija, fizika, filosofija, psichologija ir medicina. O daugėjant laimėjimų radosi naujų neuromokslų šakų. Viena jų – kompiuterinis neuromokslas. Ši neuromokslo šaka pasitelkdama kompiuterius imituoja ir modeliuoja smegenų veiklą, taip pat tiria jų funkcijas taikydama matematikos, fizikos ir kitų skaičiavimo sričių metodus.

Lietuvoje irgi plėtojami neuromokslai. Pavyzdžiui, Lietuvos sveikatos mokslų universiteto (LSMU) Medicinos akademijai (MA) priklausančiame Neuromokslų institute atliekami tarptautiniai ir nacionaliniai biomedicinos, fizinių ir socialinių mokslų sričių neuromokslų ir elgesio medicinos tematikos ilgalaikiai tyrimai, eksperimentinės (socialinės) plėtros darbai.

Neuromokslai taip pat plėtojami Vilniaus universitete, Vilniaus Gedimino technikos universitete, Vytauto Didžiojo universitete, Lietuvos sporto universitete ir kitose aukštosiose mokyklose bei institutuose. Nuo 2004 m. veikia Lietuvos neuromokslų asociacija, vienijanti neuromokslus plėtojančias institucijas.