Электронная микроскопия, реконструкция коры мозга мыши. Это реконструкция 114 биполярных

нервных клеток из сетчатки мыши. Каждая клетка окрашена в свой цвет.

Первым, в 1986 году, был описан коннектом червя Caenorhabditis elegans, чья нервная система насчитывает всего 302 нейрона, команда ученых нанесла на карту все 7000 соединений между нейронами

Сантья́го Рамо́н-и-Каха́ль (Santiago Ramón y Cajal) (1852 — 1934) Испанский врач и гистолог, лауреат Нобелевской премии по физиологии медицине в 1906 году «В знак признания трудов о структуре нервной системы»

Ками́лло Го́льджи (Camillo Golgi) (1843 —1926)Итальянский врач и учёный, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1906 году «В знак признания трудов о структуре нервной системы»

Слева — гистологическое строение двигательной зоны коры головного мозга человека. Справа — клетка Беца из двигательной зоны коры; импрегнация по методу Гольджи. (Cajal, 1911).

Схемы Кахала, указывающие направление переноса сигналов в нервных клетках и в нервных сетях в соответствии с «законом динамической поляризации». А. Ганглий беспозвоночного. Б. Мозжечок. (Cajal, 1911)

Схема эксперимента Лёви

Основные элементы электрического синапса (ефапса): коннексон в закрытом состоянии; - коннексон в открытом состоянии; коннексон, встроенный в мембрану; плазматическая мембрана; межклеточное пространство; промежуток в 2-4 нанометра в электрическом синапсе; Микрофотография электрического синапса

Фотография нейрона, полученная с помощью сканирующего электронного микроскопа, и рисунок типичного нейрона.

электронная микрофотография (ложный цвет) нейрон гиппокампа крысы на ложе из вертикальных кремниевых нанопроводов. Нанопровода проникают через клеточную мембрану, не влияя на жизнеспособность клеток, и может быть использованы для эффективной доставки широкого спектра молекул в цитоплазму клетки.

Основні типи нейронів

Микрофотографии нейронив коры головного мозга человека, которые окрашены методом по Гольджи.а. - большой пирамидный нейрон Беца;b. – Веретенообразный нейрон (синонимы Spindle neurons; VENs).

Нервная клетка и ионы. А- — органические анионы.

Олигодендроцит наматывает свою мембрану вокруг аксона, образуя многослойную миелиновую оболочку. В миелинизированном аксоне переход ионов через мембрану происходит только в разрывах между сегментами миелиновой оболочки - перехватах Ранвье.

Миелиновая оболочка (My), образованная Шванновской клеткой (Schw.), вокруг аксона нейрона (A)

Концентрации ионов в цитоплазме нейрона (слева) и в межклеточной жидкости (справа)

Стеклянный микроэлектрод на теле нейрона

Ионный канал

Строение натриевого канала бактерии Arcobacter butzleri (Horn R., «Nature», 2011, 475, 305—306). Каналы имеют тетрамерную структуру — четыре отдельные субъединицы или четыре повтора в одной белковой цепи формируют пору в центре (а). На периферии расположены управляющие домены; в них находятся сенсоры потенциала, которые несут положительный заряд и смещаются в мембране при изменении электрического поля. Наиболее узкую часть канала — селективный фильтр — образуют P-петли, а в нижней части (ближней к внутренней стороне мембраны) расположены «ворота» (б). Когда внутренние спирали прямые и сложены в «плетенку», канал закрыт, а при активации они отгибаются в стороны, образуя открытый вестибюль канала, пропускающий ионы

Эпилептические каналопатии. Сокращения: ADNFLE - аутосомно - доминантный ночная эпилепсия лобной доли; BFNIS- доброкачественные семейные припадки новорожденных; BFNC - доброкачественные семейные неонатальные судороги CAE- детская абсансная эпилепсия EA1 - эпизодическая атаксия 1 типа; EA2 эпизодическая атаксия типа2; GEFS + генерализованная эпилепсия с фибрильними судорогами плюс; ICEGTC- детскаяэпилепсия с генерализованными тонико - клоническими судорогами; IGE - идиопатическая генерализованная эпилепсия JME-ювенильная миоклоническая эпилепсия SMEI - тяжелая детская миоклоническая эпилепсия.Посилення і втрата функції червоним і синім

Диффузия и полупроницаемые мембраны

Потенциал покоя создается преимущественно калиевым током

Равновесный потенциал для ионов калия на мембране нейрона

Потенциал покоя создается преимущественно выходящим калиевым током. Разность концентраций ионов поддерживается калий-натриевым насосом

Структура мышечного веретена, сенсорные нейроны, входящие в капсулу веретена и оболочку вокруг небольших интрафузальных мышечных волокон. Справа (сверху): сенсорный аксон окутывает мышечное волокно. Справа (снизу): Часть мембраны аксона; Ионные каналы, соединенные нитями спектрина.

Структура н-холинорецептора (вертикальный срез) и его трехмерная реконструкция

сверхну: схематическое изображение некоторых основных а туннельных нанотрубок (ТНТ) при WT. внизу: морфологические доказательства того, что ТНТ может соединить первичные нервные клетки у крыс

Метаботропный рецептор (активация рецептора ведет к синтезу вторичного посредника внутри клетки, который, в свою очередь, открывает ионные каналы и запускает другие процессы в клетке)

Ионотропный рецептор (рецептор и канал составляют единое целое)

Сравнение ионотропного рецептора (слева), состоящего из 5-7 субъединиц, образующих ионный канал, и метаботропного рецептора, состоящего из одной субъединицы, но требующего сопряжения с G-белком

Внутриклеточная регистрация мембранного потенциала покоя и потенциала действия в гигантском аксоне кальмара. А- стеклянная микропипетка диаметром 100 мкм заполнена морской водой и введена в рассеченный аксон кальмара (толщина аксона около 1 мм). B. Потенциал действия, регистрируемый микропипеткой. Внизу – отметки времени 2 мс. По Hodgkin and Huxley (1939).

А.Л.Ходжкин и А.Хаксли удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине, 1963, за создание математической модели генерации и распространения потенциала действия.

Кривая зависимости частоты от напряжения

Схема мотонейрона спинного мозга кошки. Видны взаимоотношения между возбуждающими (изображены светлым) и тормозными (заштрихованы) синапсами, а также между этими синапсами и участком генерации потенциала действия.

Схема и макрофотография синапса при нервно - мышечном соединении плодовой мушки. 1 - синаптические везикулы; 2 - пресинаптический нейрон (терминаль аксона) 3 - синаптическая щель; 4 - постсинаптический нейрон.

Fluorescence image of a neuron labeled for synapses (green) and cell structure (magenta). Image: Yoichi Araki

Срез через синаптическое окончание. В. Увеличенное изображение активной зоны. Б. Белки, которые показаны на реконструкции синапса.

Адгезивные транс-синаптические сигналы развития возбуждающих и тормозных синапсов. Несколько пар транс - синаптических молекул адгезии организуют дифференциацию синапсов как пре -, так и постсинаптических сайтов. Обратите внимание, что различные молекулы адгезии используются для развития возбуждающих и тормозных синапсов

Этапы формирования синапса и молекулы, которые контролируют этот процесс

Реорганизация дендритов ганглиозных клеток мыши, синаптогенез в постнатальном развитии. А. Дендриты нейрона. Изменчивость дендритов была изучена с помощью конфокальной покадровой обработки изображений. В. Средняя продолжительность жизни шипиков ГК мышей на стадиях Р 13 и Р 14. Следует отметить, что более 30% шипиков заменялись каждый час. С: Типовые покадровые изображения в сегменте дендрита с интервалом 30 минут. Масштаб- 20 μmm.

Цикл синаптичних везикул. СВ містять транспортери нейротрансмітерів які завантажують (loading) їх у везикули. Мобілізовані везикули переміщуються до плазматичної мембрани терміналі аксону, де вони вибірково стикуються (docking) близько до активної пресинаптичної зони за допомогою альфа – синуклеїну

Cинаптичний цикл везикулы, эндоцитоз в пресинаптической зоне. Эндоцитоз синаптических пузырьков в пресинаптической зоне преимущественно опосредуется клатрин - и динамин - зависимым путем

Опистотонус (рисунок Чарлза Белла, 1809)

Термин «ботулизм» (от лат. botulus - колбаса) ввёл бельгийский бактериолог Э. Ван-Эрменгем (1896), выделивший возбудитель из кишечника погибшего больного.

Метаботропный рецептор (активация рецептора ведет к синтезу вторичного посредника внутри клетки, который, в свою очередь, открывает ионные каналы и запускает другие процессы в клетке)

Ионотропный рецептор (рецептор и канал составляют единое целое)

Сравнение ионотропного рецептора (слева), состоящего из 5-7 субъединиц, образующих ионный канал, и метаботропного рецептора, состоящего из одной субъединицы, но требующего сопряжения с G-белком

Трехсторонний синапс. Функционирование синапсов тесно связано с астроцитами. А. Электронная микрофотография показывает трехсторонний синапс в гиппокампе. Влияние астроцитов (синий), аксон нейрона (зеленый), шипик дендрита (желтый), постсинаптическая поверхность (красный и черный). В. Пресинаптический влияние астроцитов в том, что они содержат транспортеры, которые захватывают глутамат (Glu, зеленые пузырьки), который был выделен в синаптическую щель и возвращают его в нейрон в виде глютамина (Gln). Одной из главных функций глии в синапсах является поддержание ионного гомеостаза, например, регулирование внеклеточной концентрации K + и рН.

А. «Точная» передача с помощью нейромедиаторов. Б. Диффузная или объёмная передача с помощью нейромодуляторов.

Ацетилхолинергическая система

Норадренергическая система

Дофаминергическая система

Серотонинергическая система

Схема переключения внимания и его регуляции. LC (locus coeruleus) — голубое пятно; PFC (prefrontal cortex) — префронтальная кора; Amy — миндалина; NGC (nucleus gigantocellularis) — гигантоклеточное ядро ретикулярной формации; влияние норадреналина показано синими стрелками. Несмотря на то, что сигналы, входящие с периферии в голубое пятно (желтые и зеленые элементы), способны переносить фокус нашего внимания на какие-то объекты, сознательная активность (красные элементы) также позволяет нам произвольно регулировать внимание.

В нормальных условиях астроциты могут способствовать синаптогенезу с помощью прямого и / или косвенного контакта с нейронами через высвобождение растворимых факторов. Астроциты также секретируют ряд нейроактивных веществ (глиотрансмитеров), которые модулируют синаптическую передачу и пластичность. FMRP (белок умственной отсталости при ломкой Х - хромосоме) астроцитов играет важную роль в формировании структуры нейронов и профилей белков синапсов. FMRP ингибируют трансляцию специфических мРНК. В. При заболевании синдром ломкой Х хромосомы (FXS или синдром Мартина - Белл, или синдром Эскаланте, у половины детей симптомы схожи с аутизмом) нефункциональные FMRP в нейронах приводят к нарушению регуляции синтеза синаптических белков и аномалий в развитии дендритов

Структуры цитоскелета нейрона. A: микротрубочки - зеленого цвета промежуточные филаменты - фиолетового; актиновые филаменты - красного. В: микротрубочки и актиновые филаменты входят в состав филоподии на окончании аксона, шкала бар, 20 мкм. С: фрагмент аксона, в котором промежуточные филаменты образуют структурную матрицу, в которой расположены микротрубочки, транспортирующих материалы от сомы клетки к синапсам аксона.

Распределение нейромедиатора гамма-аминомасляной кислоты в лимбической системе мозга, сфотографированное с помощью позитронно-эмиссионного томографа. (Фото Wellcome Images / www.flickr.com/photos/wellcomeimages/16559035167/.)

Схема биосинтеза катехоламинов.

Фенэтиламиновый фармакофор в структурах амфетамина, метамфетамина, дофамина и норадреналина.

Второй раз человечество решилось притронуться к амфетамину лишь в 1934 году, когда компания Smith, Kline & French (в наши дни – GSK), решила выпустить его в клиническое применение в качестве противоастматического средства и деконгестанта под маркой «Бензедрин». Пусть слово «деконгестант» не смущает читателя – амфетамин использовался для лечения заложенности носа вплоть до 70х годов. Могу даже привести отрывок из книги Г.В. Столярова «Лекарственные психозы и психотомиметические вещества»:В части случаев наблюдалась картина выраженного делирия, как, например, у мальчика 7,5 лет, принявшего около 300 мг фенамина в периоде реконвалесценции после фарингита. У больного отмечались обильные зрительные галлюцинации – он видел тысячи красных и зелёных гусениц, «ползающие существа» в углах комнаты, был дезориентирован, возбуждён, испытывал чувство ужаса. Отмечался резкий мидриаз, подъём температуры, нарушение координации движений. Психоз длился менее суток и закончился выздоровлением. (Наблюдение Шенсона)

Шкала вредности 2015 по данным международной экспертной группы из стран Европейского союзаJournal of psychopharmacology (Oxford, England). — 2015.

Шкала вредности 2015 по методу предела экспозиции (англ. Margin of Exposure (MOE)) — чем выше значения, тем безопаснее веществоScientific reports. — 2015.