Синапсы – что это. Строение, виды и их особенности

Главную роль в нашей нервной системе играют нейроны – нервные клетки. Они принимают и обрабатывают информацию, отвечают за связь с внешним миром и за работу организма в целом. Память, внимание, мышление и воображение тоже результат активности маленьких нервных клеток. Но это необыкновенно нужная и сложная работа была бы невозможна без синапсов, которые обеспечивают взаимодействие нейронов и связывают их в единые нейронные сети.

Что такое синапсы

Если перевести слово «синапс» с греческого, то получится «связь». Это и есть место связи, соединения двух нейронов. Казалось бы, что тут такого особенного в обычном соединении? Но именно синапсы делают возможным прохождение импульса по цепи нервных клеток и играют важную роль во всех психических процессах.

Место синапсов в нервной системе

Одна из главных задач нейронов – сохранение и обработка, поступающей из внешнего мира информации. От органов чувств, мышц, связок и т. д. слабые электрические сигналы по нервным волокнам попадают в головной мозг, там они распространяются по нейронным цепям, создавая очаги возбуждения и связи между отдельными нейронами, центрами и отделами головного мозга. Так вкратце происходят все процессы в нашей психике: от простейших безусловных рефлексов, до сложнейшей мыслительной деятельности.

Распространение нервных импульсов происходит благодаря имеющимся у нейронов отросткам. Короткие и сильно разветвленные дендриты специализируются на приеме сигналов от других нейронов. У одной нервной клетки может быть до 1500 дендритов. А вот передающее нервное волокно – аксон – одно, но оно длинное и может достигать 1,5 метров. Соединяясь с отростками дендритов, аксон передает сигнал от одного нейрона к другому.

Но проблема в том, что напрямую импульс чаще всего пройти не может, так как между «ветвями» дендрита одной нервной клетки и аксоном другой есть щель – пространство, заполненное межклеточным веществом.

Происходит следующее: в процессе движения импульса в месте соединения нервных волокон возникает биохимическая реакция, образуется белковая молекула – нейротрансмиттер или медиатор (посредник) – и закупоривает щель, создавая своеобразный мостик для прохождения сигнала.

Так возникает то, что еще в 1897 году английский физиолог Ч. Шеррингтон назвал синапсом.

Структура синапса

Если учесть, что размер нервной клетки редко превышает 100 мкм, то место соединения передающего и принимающего волокон двух нейронов вообще микроскопическое. И тем не менее, синапс имеет сложное строение, включающее в себя три основных отдела:

• Нервное окончание «ветвей» дендрита, которое представляет собой микроскопическое утолщение, называемое пресинаптической мембраной. Это очень важная часть синапса, отвечающая за синтез белковых молекул.
• Аналогичное утолщение на отростках аксона. Оно имеет специальные рецепторы, позволяющие принимать сигналы от медиаторов. Это постсинаптическая мембрана.
• Синаптическая щель, в которой образуется медиатор – проводящая импульс белковая молекула. Эта часть синапса одновременно и препятствует прохождению сигнала, и является причиной возникновения молекул белков, которые не только играют роль «мостиков», но и участвуют в работе нервной системы и организма в целом.

Функции этих белковых соединений разнообразны, так как нейроны вырабатывают разные виды медиаторов, и их химический состав оказывает различное влияние на процессы в нервной системе. Причем влияние это настолько сильное, что оно во многом управляет психическими реакциями, а недостаток даже одного из белков может привести к серьезным заболеваниям, таким как болезнь Паркинсона или Альцгеймера.

Сейчас обнаружено и изучено более 60 видов нейротрансмиттеров с разными свойствами. Вот примеры некоторых из них:

• Норадреналин – гормон стресса. Он обладает возбуждающим действием, повышает активность всех систем организма и добавляет чувство ярости в наше эмоциональное состояние.
• Серотонин. Его функции многообразны: от обеспечения процесса пищеварения до влияния на уровень сексуального влечения.
• Глутамат необходим для запоминания и сохранения информации, но его переизбыток токсичен и может вызвать гибель нервных клеток.
• Дофамин – гормон счастья, источник позитивных эмоций, дарующий состояние блаженства. И одновременно этот белок, как и многие другие, обеспечивает эффективность познавательных процессов. А его недостаток может вызвать состояние депрессии и привести к слабоумию.

Это далеко не все белки, которые вырабатывают нейроны, но даже такой пример позволяет оценить значение нейротрансмиттеров и роль синапсов в организации нормальной деятельности головного мозга. Разрушение нервных связей в результате болезни или травмы может привести и к серьезным нарушениям психических функций.

Виды синапсов

Синапсы обеспечивают связи не только между нейронами головного мозга, но и с нервными клетками органов чувств, рецепторами, расположенными во внутренних органах, мышцах и связках. Поэтому существует большое разнообразие синапсов в зависимости от специализации нейронов, от характера их воздействия, от того белкового соединения, которое вырабатывается при прохождении импульса.

В нашей нервной системе существует два основных процесса, определяющих ее деятельность. Это возбуждение и торможение. В соответствии с ними и синапсы делятся на два вида:

• возбуждающие проводят сигналы, которые распространяют реакцию возбуждения нервных клеток;
• тормозящие обеспечивают прохождение нервного импульса, который передает нейронам «команду» торможения.

По месту расположения синапсы различаются:

• на центральные, расположенные в головном мозге;
• периферические, обеспечивающие связи нейронов за пределами мозга – в периферической нервной системе.

Передача импульсов через синаптическую щель тоже может проводиться разными способами, в соответствии с этим выделяют три вида синапсов:

• Химические синапсы расположены в коре головного мозга. Они проводят сигнал с помощью нейротрасмиттеров, которые образуются в результате биохимической реакции.
• Электрические – та часть синапсов, которые способны передавать электрический сигнал без посредников-медиаторов. Например, это касается нейронов, расположенных в зрительном рецепторе. В этом случае химическая реакция не происходит, и обмен сигналами осуществляется быстрее.
• Электрохимические синапсы сочетают в себе особенности обеих этих групп.

Также существует классификация синапсов по видам трансмиттеров. Например, если производится норадреналин, но синапсы эти называются адренергические, а если ацетилхолин, то – холинергические. Учитывая, что белков, вырабатываемых нейронами, несколько десятков видов, мы имеем очень объемную классификацию, которая здесь вряд ли уместна.

Синапсы и нейронные сети

Синапсы, устанавливая связи между проводящими нервными волокнами, обеспечивают возникновение и поддержание в рабочем состоянии нейронных цепей. Соединяясь и переплетаясь, они образуют сложные нейронные сети, по которым с огромной скоростью проносятся электрические импульсы.

По последним научным данным, только в коре головного мозга функционирует около 100 млрд нейронов. Каждый из них способен иметь до 10 000 синапсов, то есть связей с другими нервными клетками. И они могут обмениваться сигналами со скоростью 100 м/сек. Представляете, какой объем информации циркулирует в нашей нервной системе?

Результаты недавних исследований американских нейрофизиологов позволяют утверждать, что потенциальный объем памяти головного мозга человека измеряется петабайтами. 1 петабайт – 10¹⁵ байт или 1 миллион гигабайт. И это сопоставимо с объемом информации, циркулирующей во всемирном интернет-пространстве. Поэтому когда не слишком радивый студент говорит, что у него распухла голова от полученных знаний и ничего больше туда впихнуть он не может, то стоит в этом усомниться.