Biologiczne podstawy zachowania się człowieka
Neuron Neurony mają wszelkie ogólne cechy innych komórek i w dodatku są wysoce wyspecjalizowane w odbieraniu, przenoszeniu i przekazywaniu informacji w postaci elektrochemicznej. Te komunikaty noszą nazwę impulsów nerwowych.
Neurony mają jedyną w swoim rodzaju zdolność przekazywania informacji na dużą odległość, bez zmniejszania siły sygnału od chwili nadania go do czasu, gdy w końcu osiągnie on miejsce przeznaczenia.
Neurony ruchowe sygnalizują mięśniom, aby kurczyły się bądź rozkurczały, a gruczołom - by wydzielały
Neurony czuciowe przekazują do mózgu informacje o zmianach w otoczeniu, dostarczone przez oczy, uszy, nos, skórę itd.
Pośrodku, w mózgu i rdzeniu kręgowym, są różne rodzaje neuronów łączących i koordynujących (asocjacyjnych).
Ciało komórkowe (soma) neuronu ma w przybliżeniu kształt sferyczny i zawiera w sobie jądro. Z ciała komórkowego wychodzą dwa rodzaje włóknistych wypustek : jeden akson i kilka dendrytów. Akson jest to długie włókno, niekiedy rozgałęzione, które kończy się stopkami końcowymi - kolbkami synaptycznymi. Długość aksonów różni się znacznie, zależnie od typu neuronu, niektóre mają kilka metrów długości. Akson przekazuje impulsy nerwowe z ciała komórkowego do dendrytów lub do ciał komórkowych innych neuronów, albo do mięśni. Duże aksony często są pokryte osłonką mielinową zbudowaną z substancji tłuszczowatej, która izoluje akson i przyspiesza przekazywanie impulsów nerwowych. Osłonki tej brak jest w punktach zwanych przewężeniami Ranviera. Dendryty są zwykle krótkie i rozgałęzione. Ich funkcja polega na odbieraniu impulsów nerwowych i przekazywaniu ich do ciała komórkowego. Neurony tworzące łańcuch w rzeczywistości nie stykają się ze sobą. Między stopkami końcowymi jednego neuronu a dendrytami lub ciałem komórkowym drugiego znajduje się mikroskopijna szczelina, zwana synapsą, przez którą impuls nerwowy musi „przeskoczyć”.
Chociaż szczegóły procesu przetwarzania informacji są bardzo skomplikowane ( i jeszcze nie w pełni poznane), to jednak mechanizmy, dzięki którym komórka nerwowa reaguje na bodziec i przekazuje wiadomość innym komórkom, można opisać w dość prosty sposób.
Każdy neuron czuciowy jest zaprogramowany tak, by przekazywać informacje o pewnym specyficznym rodzaju energii (ciśnieniu, świetle, dźwięku) pochodzącej z bezpośredniego otoczenia. Energię tę wykrywają specjalne komórki receptorowe lub sam neuron czuciowy. Następnie jest ona przekształcana na „wspólny język” układu nerwowego, to znaczy na impuls nerwowy. Impulsy nerwowe, przenoszące informacje o ciśnieniu, temperaturze, świetle i dźwięku, są zatem wszystkie do siebie podobne gdy biegną wzdłuż wypustek neuronów czuciowych. To ich miejsce przeznaczenia decyduje o tym, czy pod wpływem odbieranych bodźców widzimy, słyszymy czy też odczuwamy zapach.
Oprócz tych informacji w otoczeniu jest także mnóstwo energii pozbawionej znaczenia, zwanej szumem. Szczęściem dla nas, energia dochodząca do komórek receptorowych musi przekroczyć określony poziom, czyli próg pobudzenia, zanim neuron czuciowy zacznie się nią zajmować. Jeśli jednak już się nią zajmie, to zrobi to naprawdę.
W każdej komórce nerwowej jony dwóch różnych pierwiastków chemicznych, sodu i potasu, znajdują się po obu stronach błony aksonu. Błona ta jest selektywnie przepuszczalna; jony potasu mogą przechodzić przez nią łatwiej niż jony sodu. W wyniku selektywnej przepuszczalności stężenie jonów sodu jest znacznie wyższe po stronie zewnętrznej, podczas gdy stężenia jonów potasu jest znacznie wyższe we wnętrzu aksonu. Z pewnych skomplikowanych powodów prowadzi to do powstania różnicy potencjałów między wnętrzem komórki a środowiskiem zewnętrznym, przy czym wnętrze aksonu przez większość czasu ma potencjał ujemny w stosunku do zewnętrznej powierzchni błony komórkowej. W tym stanie komórka jest w spoczynku; mówi się, że jest spolaryzowana.
Gdy energia bodźca przekracza próg pobudzenia, wówczas następuje zmiana przepuszczalności błony komórkowej; jony sodu wnikają do wnętrza komórki, powodując depolaryzację. Impuls nerwowy, odpowiadający tej depolaryzacji biegnie wzdłuż aksonu jak ogień po żarzącym się loncie ( z tą różnicą, że nagła zmiana dotyczy różnicy potencjałów, a nie temperatury).
Przewodzenie impulsów przez aksony jest szybsze wtedy, gdy średnica aksonu jest większa i gdy jest on otoczony osłonką mielinową. Dla zwiększenia niezawodności i szybkości przewodzenia sygnałów przez aksony istnieje nawet specjalna „komunikacja ekspresowa”, dzięki której impulsy mogą przeskakiwać z jednego punktu do drugiego wzdłuż aksonu lub nawet omijać niektóre „przystanki”. Są to punkty, gdzie osłonka mielinowa jest przerwana - przewężenia Ranviera.
Jeśli siła bodźca jest większa od progowej - trochę większa czy dużo większa - to akson reaguje zawsze tak samo. Akson albo zostaje pobudzony w pełni, albo wcale. Określa się to jako zasadę „wszystko albo nic”. Cecha ta gwarantuje, że komunikat nie zniknie, gdy wędruje z jednego końca włókna nerwowego w drugi - na tym systemie komunikacji możesz polegać.
Napływające bodźce o różnej sile są kodowane w postaci serii impulsów, wszystkie one mają taką samą amplitudę, lecz odstęp między nimi zmienia się; silniejszemu bodźcowi odpowiada więcej impulsów na sekundę. Ponadto, im silniejszy bodziec, tym więcej neuronów pobudzi.
Przewodzenia impulsów przez aksony jest ważne ze względu na szybkie, bezbłędne dostarczenia zakodowanej informacji; jednakże prawdziwym kluczem do zrozumienia złożoności i subtelności informacji przesyłanej przez nasz układ nerwowy są czynności zachodzące w synapsach. Synapsa, mikroskopijna szczelina o szerokości około 0,0001 mm, jest w istocie może najbardziej zadziwiającym wynalazkiem natury. Dzięki temu, że nie ma bezpośredniego połączenia między dwoma neuronami, lecz każdy jest połączony za pośrednictwem synaps z setkami innych, natura umożliwiła równoczesne przekazywanie bardzo złożonych komunikatów do wielu części systemu.
Impuls nerwowy dochodząc do stopek końcowych powoduje wydzielenie znikomych ilości chemicznych substancji przekaźnikowych (neurotransmiterów). Substancje te wędrują przez szczelinę synaptyczną i oddziałują na specjalne obszary receptorowe znajdujące się na błonach sąsiednich neuronów. Gdy substancja przekaźnikowa wykona już swoje zadanie, wówczas konieczne jest usunięcie jej z synapsy, gdyż inaczej nadal oddziaływałaby na błonę ciała komórkowego. Zostaje więc wydzielony enzym, który niszczy substancję przekaźnikową rozkładając ją na części składowe. Następnie, z tych części znowu jest syntetyzowana substancja przekaźnikowa i cały proces może zacząć się od początku - co najmniej setki razy na sekundę!
Dotychczas nie wiadomo dokładnie, ile różnych substancji przekaźnikowych funkcjonuje w układzie nerwowym; może być ich pięć lub więcej, lecz dostępny materiał dowodowy potwierdza zdecydowanie szerokie rozpowszechnienie dwóch - noradrenaliny (norepinefryny) oraz acetylocholiny. Zmiany w stężeniu tych substancji chemicznych mogą wpływać na to, czy dana jednostka na zadania stawiane jej przez środowisko reaguje szybko i skutecznie, czy też nie. Anomalie w występowaniu tych i podobnych substancji biochemicznych mogą wywoływać u ludzi predyspozycje do poważnych zaburzeń psychicznych i emocjonalnych.
Układ nerwowy
Układ nerwowy składa się z dwóch podsystemów - ośrodkowego i obwodowego.
Ośrodkowy układ nerwowy (OUN) składa się z mózgu i rdzenia kręgowego. Jego funkcja polega na wiązaniu oraz integrowaniu - to dzięki niemu różne części ciała współdziałają ze sobą.
Obwodowy układ nerwowy składa się z włókien nerwowych, które łączą ośrodkowy układ nerwowy z komórkami wrażliwymi na energię bodźców (receptorami) oraz z mięśniami i gruczołami (efektorami), które realizują przystosowawcze działania organizmu.
Często szereg aksonów (czyli włókien nerwowych) jest zebranych w wiązki, które wychodzą z tego samego punktu i biegną do wspólnego miejsca przeznaczenia. W ośrodkowym układzie nerwowym wiązki takie noszą nazwę dróg lub szlaków nerwowych. Wiązki, które łączą ośrodkowy układ nerwowy z innymi częściami ciała, nazywają się pniami nerwowymi lub po prostu nerwami i zawierają zarówno włókna czuciowe, jak i ruchowe.
Obwodowy układ nerwowy zawiera zarówno komponenty somatyczne, którym podlegają mięśnie szkieletowe, jak i komponenty trzewne, które zawiadują działaniem gruczołów, mięśnia sercowego oraz mięśni gładkich ścian naczyń krwionośnych, oczu i narządów wewnętrznych.
Część trzewna obwodowego układu nerwowego nosi nazwę autonomicznego układu nerwowego. Chociaż niektóre funkcje kontrolowane przez ten układ na przykład trawienie, są rzeczywiście autonomiczne i regulują się same, to jednak inne funkcje, zwłaszcza związane z odczuwaniem i wyrażaniem emocji, nie są autonomiczne.
Układ autonomiczny dzieli się na dwie części - układ sympatyczny (współczulny) oraz parasympatyczny (przywspółczulny), których funkcje są często wzajemnie przeciwstawne.
Układ sympatyczny (współczulny).
Gdy zostaje aktywowany zwykle funkcjonuje jako skoordynowana całość („wprowadza do gry” wszystkie funkcje, którymi kieruje, lub ich większość). Układ sympatyczny można uznać za „pogotowie awaryjne”, które przystępuje do akcji w przypadku nagłej potrzeby. Działa on wtedy, gdy zagrożone jest życie, w trakcie wytężonego wysiłku lub intensywnych ćwiczeń, a także wtedy, gdy doznajemy silnych emocji, takich jak strach lub gniew. W gruncie rzeczy układ ten przygotowuje organizm do działania: przyspiesza rytm pracy serca, powoduje uwolnienie przez wątrobę cukru, który może być wykorzystany przez mięśnie, pobudza wydzielanie adrenaliny, wstrzymuje procesy trawienne, dzięki czemu krew płynąca do żołądka może być skierowana do mięśni itd.
Układ parasympatyczny (przywspółczulny).
Układ ten zawiaduje większością podstawowych funkcji życiowych. Zasadniczo zajmuje się „pracami gospodarskimi” organizmu, takimi jak trawienie, wydalanie produktów odpadkowych, ochrona układu wzrokowego i w ogóle zachowanie energii. W przeciwieństwie do układu sympatycznego układ parasympatyczny nie reaguje jako całość, lecz aktywizuje tylko te funkcje, które są niezbędne w danym czasie.
Do większości narządów w klatce piersiowej i jamie brzusznej docierają włókna nerwowe obu układów, w takich wypadkach działanie ich jest zawsze przeciwstawne (antagonistyczne). Jeśli jeden układ pobudza dany organ do wzmożonej aktywności, to drugi hamuje czy osłabia jego aktywność. Na przykład układ sympatyczny hamuje procesy trawienne, podczas gdy układ parasympatyczny pobudza je. Jednakże są wypadki, gdy oba te układy są aktywne i działają kolejno. Przykładem takiego współdziałania jest męska reakcja seksualna: wymaga ona najpierw erekcji (funkcja parasympatyczna), a następnie ejakulacji (funkcja sympatyczna).
Łuk czuciowo - ruchowy
Reakcja na bodziec przebiega według pewnego podstawowego wzorca. Najpierw bodziec jest wykrywany przez odpowiednie receptory; na przykład lekkie dotknięcie zostaje wykryte przez specjalne komórki w skórze. Potem czuciowe komórki nerwowe przekazują tę informację do rdzenia kręgowego, gdzie zaczyna się proces ośrodkowego przetwarzania. Przetworzona informacja jest zwykle przekazywana do mózgu, tu podlega dalszemu przetworzeniu i zostaje „wybrana” określona reakcja. Decyzja ta jest z kolei przesłana za pośrednictwem ruchowych komórek nerwowych do odpowiednich efektorów, które wykonują odpowiednią reakcję behawioralną. Ten podstawowy wzorzec: wejście sensoryczne - ośrodkowy układ nerwowy - wyjście behawioralne znany jest jako łuk czuciowo - ruchowy.
Mózg
Gdybyśmy spojrzeli z góry na mózg pacjenta, odsłonięty w czasie operacji chirurgicznej, zobaczylibyśmy masę szarej tkanki podzielonej na dwie części, pokryte pozwijanymi bruzdami i fałdami, bardzo podobne do ogromnego orzecha włoskiego. Części te noszą nazwę półkul mózgowych; ich pofałdowana powierzchnia zewnętrzna jest warstwą grubości kilku milimetrów, zwaną korą mózgową. Tkanka ta składa się głównie z dendrytów i szarych ciał komórkowych neuronów.
Dwie półkule mózgowe w rzeczywistości nie są rozdzielone; komunikacja między nimi zachodzi przede wszystkim poprzez wiązkę włókien nerwowych zwaną spoidłem wielkim albo ciałem modzelowatym.
Każdą półkulę można podzielić funkcjonalnie na cztery płaty, których położenie określa się względem głębokich bruzd.
Główne bruzdy to: szczelina podłużna, bruzda Rolanda (środkowa, centralna), bruzda ciemieniowo-potyliczna, bruzda Sylwiusza (boczna).
Płaty: czołowy, ciemieniowy, potyliczny, skroniowy.
Opony mózgu
Opona twarda
Jest to twarda, zewnętrzna osłona mózgu, ściśle przylegająca do wewnętrznej powierzchni czaszki. Opona twarda posiada kilka przedłużeń, które jak ścianki działowe dzielą jamę czaszki na względnie odrębne przestrzenie. Ponieważ owe ścianki działowe są przyrośnięte do kości czaszki, zapobiegają nadmiernemu przemieszczaniu się bardzo miękkich i delikatnych tkanek mózgu, które ulegałyby rozerwaniu przy nagłym przyspieszaniu, hamowaniu lub gwałtownych skrętach głowy.
Opona pajęcza (pajęczynówka)
Oddziela ją od opony twardej wąska przestrzeń podtwardówkowa, która wypełniona jest płynem mózgowo-rdzeniowym czyli krystalicznie czystym, bezbarwnym płynem składającym się głównie z wody. W odróżnieniu od opony twardej, pajęczynówka jest bardzo cienka i delikatna. Przyczepiona jest do następnej opony za pomocą przypominających pajęczynę włókien.
Opona miękka
Od pajęczynówki oddziela ją wypełniona płynem mózgowo-rdzeniowym przestrzeń podpajęczynówkowa.
Opona miękka ściśle przylega do zakrętów (lub zwojów) półkul mózgowych i wchodzi w bruzdy oddzielające poszczególne zakręty.
Płyn mózgowo-rdzeniowy pełni rolę bufora ochraniającego mózg i rdzeń kręgowy. Pomaga również utrzymać stałe ciśnienie wewnątrz czaszki.