Neurobiologie

Parasagitální MRI hlavy u pacienta s benigní familiární makrocefalií.

Neurobiologie je studium buněk nervového systému a uspořádání těchto buněk do funkčních obvodů, které zpracovávají informace a zprostředkovávají chování. Je to subdisciplína biologie i neurovědy. Neurobiologie se liší od neurovědy, což je mnohem širší obor, který se zabývá jakoukoli vědeckou studií nervového systému. Neurobiologie by také neměla být zaměňována s jinými subdisciplínami neurovědy, jako jsou výpočetní neurověda, kognitivní neurověda, behaviorální neurověda, biologická psychiatrie, neurologie a neuropsychologie navzdory překrývání s těmito subdisciplínami. Vědci, kteří se zabývají neurobiologií, se nazývají neurobiologové.

Neurony jsou buňky, které se specializují na příjem, šíření a přenos elektrochemických impulzů. Jen v lidském mozku je více než sto miliard neuronů. Neurony jsou různorodé, pokud jde o morfologii a funkci. Ne všechny neurony tedy odpovídají stereotypnímu motorickému neuronu s dendrity a myelinizovanými axony, které vedou akční potenciály. Některé neurony, jako například fotoreceptory, nemají myelinizované axony, které vedou akční potenciály. Jiné unipolární neurony, které se nacházejí u bezobratlých, nemají ani rozlišovací procesy, jako jsou dendrity. Navíc nepomáhá rozlišení na základě funkce mezi neurony a jinými buňkami, jako jsou srdeční a svalové buňky. Základní rozdíl mezi neuronem a neuronovou buňkou je tedy otázkou míry.

Další významnou třídou buněk nacházejících se v nervovém systému jsou gliové buňky. Navzdory množství gliových buněk vzhledem k neuronům v nervovém systému (na každý neuron připadá deset gliových buněk) začínají gliové buňky teprve nedávno dostávat pozornost neurobiologů, protože se podílejí nejen na výživě a podpoře neuronů, ale také na modulaci synapsí. Například Schwannovy buňky, což je typ gliové buňky nacházející se v periferním nervovém systému, modulují synaptické spoje mezi presynaptickými koncovkami motorických neuronů a svalovými vlákny na neuromuskulárních spojích.

"Proudová svorka" je běžná technika v elektrofyziologii. Jedná se o záznam celé buněčné proudové svorky neuronu, který vystřeluje sled akčních potenciálů, protože je depolarizován proudovou injekcí

Struktura a tvorba synapsí

Ilustrace hlavních prvků v prototypové synapsi. Synapsy jsou mezery mezi nervovými buňkami. Tyto buňky přeměňují své elektrické impulzy na výboje neurochemických relé, nazývaných neurotransmitery, které putují synapsí k receptorům na dendritech přilehlých buněk, a tím spouštějí další elektrické impulsy, aby putovaly posledně jmenovanými buňkami.

Neurony spolu komunikují prostřednictvím synapsí. Synapsy jsou specializované spoje mezi dvěma buňkami v těsném vzájemném vztahu. V synapsi je neuron, který vysílá signál, presynaptickým neuronem a cílová buňka tento signál přijímá, je postsynaptický neuron nebo buňka. Synapsy mohou být elektrické nebo chemické. Elektrické synapse jsou charakterizovány tvorbou mezerových spojů, které umožňují okamžitý přechod iontů a jiných organických sloučenin z jedné buňky do druhé. Chemické synapse jsou charakterizovány presynaptickým uvolněním neurotransmiterů, které difundují přes synaptickou štěrbinu a vážou se na postsynaptické receptory. Neuronový transmiter je chemický posel, který je syntetizován uvnitř samotných neuronů a uvolňován stejnými neurony ke komunikaci s jejich postsynaptickými cílovými buňkami. Receptor je transmembránová proteinová molekula, na kterou se váže neurotransmiter nebo lék. Chemické synapse jsou pomalejší než elektrické synapse.

Neurotransmiterové transportéry, receptory a signalizační mechanismy

Poté, co jsou neurotransmitery syntetizovány, jsou zabaleny a uloženy ve vezikulech. Tyto vezikuly jsou sdruženy v terminálních boutonech presynaptického neuronu. Když dojde ke změně napětí v terminálním boutonu, aktivují se napěťově řízené vápníkové kanály vložené do membrán těchto boutonů. Ty umožňují Ca2+ iontům difundovat těmito kanály a vázat se na synaptické vezikuly uvnitř koncových tlačítek. Jakmile jsou vezikuly navázány na Ca2+, spojí se a spojí s presynaptickou membránou a uvolní neurotransmitery do synaptické štěrbiny procesem známým jako exocytóza. Neurotransmitery pak difundují přes synaptickou štěrbinu a vážou se na postsynaptické receptory vložené na postsynaptické membráně jiného neuronu. Existují dvě rodiny receptorů: ionotropní a metabotropní receptory. Ionotropní receptory jsou kombinací receptoru a iontového kanálu. Když jsou ionotropní receptory aktivovány, určité iontové druhy jako Na+ vstupují do postsynaptického neuronu, který depolarizuje postsynaptickou membránu. Pokud je aktivováno více postsynaptických receptorů stejného typu, pak více Na+ vstoupí do postsynaptické membrány a depolarizuje buňku. Metabotropní receptory na druhé straně aktivují kaskádové systémy druhého posla, které vedou k otevření iontového kanálu umístěného na jiném místě stejné postsynaptické membrány. Ačkoli jsou pomalejší než ionotropní receptory, které fungují jako zapínací a vypínací spínače, metabotropní receptory mají tu výhodu, že mění citlivost buňky na ionty a jiné metabolity, příklady jsou Gamma Amino-Butyric Acid (inhibiční transmiter), Glutamic Acid (excitační transmiter), Dopamin, Norepinefrin, Epinefrin, Melanin, Serotonin, Melatonin a Substance P.

Postsynaptické depolarizace mohou být buď excitační nebo inhibiční. Ty, které jsou excitační, jsou označovány jako excitační postsynaptický potenciál (EPSP). Alternativně některé postsynaptické receptory umožňují vstup Cl- iontů do buňky nebo odchod K+ iontů z buňky, což má za následek inhibiční postsynaptický potenciál (IPSP). Pokud je EPSP dominantní, může být dosaženo prahu excitace v postynaptickém neuronu, což má za následek vznik a šíření akčního potenciálu v postynaptickém neuronu.

Synaptická plasticita je proces, při kterém dochází ke změně síly synaptických spojení. Například dlouhodobé změny v synaptickém spojení mohou vést k zabudování většího množství postsynaptických receptorů do postsynaptické membrány, což vede k posílení synapse. Synaptická plasticita je také nervový mechanismus, který je základem učení a paměti.

Grayův FIG. 722– Schéma znázorňující centrální spojení optických nervů a optických traktů.

Sluchový systém je smyslový systém pro sluch. Skládá se z vnějšího ucha, středního ucha a vnitřního ucha.

Čichový systém je smyslový systém používaný pro čich. Doplňkový čichový systém snímá feromony. O čichovém systému se často mluví spolu s chuťovým systémem jako o chemosenzorových smyslech, protože oba přenášejí chemické signály do vnímání. Linda B. Buck a Richard Axel získali v roce 2004 Nobelovu cenu za fyziologii nebo medicínu za svou práci o čichovém systému.

Vizuální systém je ta část nervového systému, která umožňuje organismům vidět. Interpretuje informace z viditelného světla, aby vytvořil reprezentaci světa, který obklopuje tělo. Vizuální systém má složitý úkol vytvořit (znovu) trojrozměrný svět z dvourozměrné projekce tohoto světa. Všimněte si, že různé druhy jsou schopny vidět různé části světelného spektra; například některé vidí do ultrafialového, zatímco jiné vidí do infračerveného.

Neurální vývoj je proces, při kterém nervový systém roste a vyvíjí se. U lidí je nervový systém, kromě primitivního střeva, prvním orgánovým systémem, který se vyvíjí, a posledním systémem, který dosáhl dospělosti. Vývoj nervového systému začíná, když se ektoderm zahustí a vytvoří nervovou ploténku. Nervová ploténka se postupně zahušťuje a vytváří nervovou trubici, která se pak kroutí, otáčí a zakřivuje a vytváří tři primární mozkové váčky a pět sekundárních mozkových váčků. V této nervové trubici se totipotentní buňky stěhují a diferencují do neuronů a gliových buněk.

Affektivní neurověda · Behaviorální neurologie · Behaviorální genetika · Behaviorální neurověda · Rozhraní mozek-počítač · Chronobiologie · Klinická neurofyziologie · Klinická neurověda · Kognitivní neurověda · Výpočetní neurověda · Connectomics · Vzdělávací neurověda · Vývoj nervových systémů · Imaging genetics · Integrační neurověda · Molekulární buněčné poznání · Neurální vývoj · Neurální inženýrství · Neurální síť (umělá i biologická) · Neuroanatomie · Neurobioengineering · Neurobiologie · Neurobiotika · Neurokardiologie · Neurochemie · Neurochip · Neurodegeneration · Neurodevelopmentální poruchy · Neurodiversita · Neuroekonomika · Neuroembryologie · Neuroendokrinologie · Neuroepidemiologie · Neuroethika · Neuroethologie · Neurogastroenterologie · Neurogenetika · Neuroimaging · Neuroimunologie · Neuroinformatika · Neurointenzivní péče · Neurolinguistika · Neurologie · Neurometrie · Neuromodulace · Neuromonitoring · Neurooncology · Neurooftalmologie · Neuropatologie · Neuropharmakologie · Neurofilosofie · Neurofyzika · Neurofyziologie · Neuroplasticita · Neuroprostetika · Neuropsychiatrie · Neuropsychologie · Neuroradiologie · Neuroregenerace · Neurorehabilitace · Neurorobotika · Neurochirurgie · Neurotechnologie · Neurotologie · Neurotoxin · Neurotransmitter · Neurovirologie · Psychiatrie · Smyslová neurověda · Sociální neurověda · Systémová neurověda