Головной, спинной мозг и нервы пронизывающие все наше тело образуют нервную систему человека, которая не только обеспечивает все наши движения и ощущения, но и являются основой того, что принято называть личностью или сознанием.
Нервная система состоит из нейронов — клеток способных к возбуждению и проведению нервного импульса. Нейроны соединены в цепи. По этим цепям, как по проводам происходит передача нервных импульсов. Однако, процесс передачи нервного импульса по нейронам не совсем аналогичен передаче сигнала по обычным проводам, так как каждый нейрон выполняет не только функцию проводника, но и функцию переключателя. Она заключается в том, что обычно к одному нейрону присоединяется сразу несколько других нейронов, при этом часть из них оказывают возбуждающее воздействие (то есть, способствуют дальнейшему распространению импульса), а часть — тормозящее (препятствующее его распространению). И каждый нейрон в зависимости от баланса между возбуждающими и тормозящими импульсами проводит или не проводит сигнал дальше. То есть если поступает больше возбуждающих сигналов, то сигнал пройдет дальше, а если больше тормозящих, то нет. Образуя такие сложные сети нейроны обеспечивают функционирование нервной системы.
Передача импульса внутри одного нейрона осуществляется при помощи электрического импульса, распространяющегося по нейрону, от отростков дендритов, принимающих сигнал, к телу нейрона и далее к отростку передающему сигнал — аксону, а с аксона через синапс — специальное соединение нейронов, где при помощи медиатора происходит передача сигнала, сигнал переходит на дендрит другого нейрона. Между нейронами сигнал передается при помощи специальных сигнальных молекул — нейромедиаторов. Нейромедиаторы (или просто медиаторы) — разновидность сигнальных молекул, обеспечивающих передачу сигнала между нейронами, в том числе в головном мозге. Как правило они синтезируются из аминокислот. Так же медиаторы обеспечивают передачу сигнала с нейронов на скелетные мышцы, вызывая сокращение мышц, это может быть любое движение, например сгибание пальца.
Из аксона одного нейрона медиатор выбрасывается в пространство между двумя нейронами, откуда попадает на рецепторы, расположенные на дендрите следующего в цепи нейрона.
В зависимости от того, какой медиатор выбрасывает один нейрон, он оказывает либо возбуждающее либо тормозящее действие. Нейромедиаторы можно разделить по их действию на возбуждающие и тормозящие. Некоторые медиаторы выполняют обе эти функции.
Возбуждающие нейромедиаторы можно рассматривать как «включатели» нервной системы, увеличивающие вероятность передачи возбуждающего сигнала. Они действуют подобно педали газа автомобиля, нажатие на которую увеличивает число оборотов двигателя. Возбуждающие медиаторы регулируют основные функции организма, в том числе: мыслительные процессы, мышечные сокращения, реакции стрессовых ситуаций ( « Бей-беги » — когда человек приходит в состояние максимальной концентрации, как перед дракой, когда надо либо драться либо убегать ). Физиологически возбуждающие нейромедиаторы действуют, как естественные « стимуляторы » организма, повышающие общую возбудимость, активность и энергичность. Если бы не действовала тормозящая система, это могло бы привести к потере управления организмом.
Тормозящие нейромедиаторы являются « выключателями » нервной системы, уменьшающими вероятность передачи возбуждающего сигнала. В головном мозге возбуждение должно быть в равновесии с торможением. Слишком сильное возбуждение приводит к беспокойству, раздражительности, бессоннице, а как следствие к быстрому истощению головного мозга и всего организма в целом. Тормозящие нейромедиаторы регулируют активность возбуждающих нейромедиаторов, действуя подобно тормозам автомобиля. Тормозящая система замедляет процессы. Физиологически тормозящие нейромедиаторы выполняют роль естественных « транквилизаторов » организма, способствующие развитию сонливости, способствуя спокойствию и уменьшая агрессию. При нарушении процессов возбуждения или торможения у человека будут нарушаться и ответы на раздражители, то есть человек будет выдавать неадекватную реакцию на стандартный для него раздражители. Можно сказать, что человек с повышенным уровнем возбудимости будет вести себя слишком активно и будет расходовать слишком много сил на преодоление незначительных трудностей, а человек с преобладающим торможением наоборот будет более апатичным и не будет предпринимать правильных действий, когда это необходимо.
Наиболее известными нейромедиаторами, влияющими на регуляцию настроения, являются серотонин, норадреналин, дофамин, ацетилхолин и, глутамин и эндорфины; краткий обзор их функций представлен ниже.
Ацетилхолин
Ацетилхолин — это важнейший медиатор периферической нервной системы, и первая зона, где он крайне важен, — это нервно-мышечные синапсы. Это синапсы, которые образуют нервные клетки с клетками скелетных мышц (они еще называются поперечно-полосатые мышечные клетки), и любое движение, любое сокращение любой мышцы — а у человека их около 400 — это выделение ацетилхолина. Как во всяком синапсе, в нервно-мышечных синапсах работают белки-рецепторы, то есть специальные молекулы, которые находятся на мембране мышечной клетки, и ацетилхолин присоединяется к ним, как ключ к замку, и запускает сокращение мышцы. Интересно, что, помимо ацетилхолина, на эти же рецепторы действует довольно известный токсин, не являющийся медиатором, который называется никотин, и никотин тоже способен запускать сокращение мышц. Правда, если рассмотреть организм человека, организм позвоночных, нужна очень высокая концентрация никотина, чтобы пошло мышечное сокращение.
Помимо нервно-мышечных синапсов, ацетилхолин еще очень серьезно влияет на работу внутренних органов. Он является важнейшим медиатором так называемой вегетативной нервной системы. Та часть нашей нервной системы, которая влияет на мышцы, — это соматическая нервная система, двигательная нервная система. И важным признаком этой части нервной системы является то, что здесь возможен произвольный контроль. А кроме этого, есть вегетативная нервная система, которая влияет на работу внутренних органов, и здесь произвольного контроля нет. Пальцем человек подвигать может, но не может сказать, например, коже в этой зоне: «Расширяй сосуды» или потовым железам: «Выделяйте пот». В эти зоны, в эти функции вход сознанию закрыт, это так называемая непроизвольная регуляция. Но тем не менее вегетативная нервная система все равно управляется из центральной нервной системы, из головного мозга, и большинство внутренних органов находится под двойным управлением.
Вегетативная нервная система делится на два конкурирующих блока: симпатическую и парасимпатическую. И ацетилхолин — это важнейший медиатор парасимпатической нервной системы, той части вегетативной нервной системы, которая успокаивает работу внутренних органов, по крайней мере большинства внутренних органов. Сердце бьется слабее и реже, зрачки сужаются, бронхи сужаются. А желудочно-кишечный тракт под действием парасимпатической системы начинает работать активнее. И ацетилхолин активизирует работу желудочно-кишечного тракта, тормозит работу сердца, сужает зрачки. Итак, ацетилхолин является важнейшим медиатором периферической нервной системы, нервно-мышечных синапсов, парасимпатической системы и является важным медиатором нашего головного мозга. Многие нейроны используют его, и часть лекарственных препаратов ориентирована именно на ацетилхолин. Препараты, влияющие на работу мышц, работу внутренних органов и даже на работу центральной нервной системы, вплоть до нейродегенерации, то есть часть современных препаратов, ориентированных на ацетилхолин, используют для того, чтобы бороться с такими тяжелейшими заболеваниями, как, скажем, болезнь Альцгеймера.
Норадреналин
В периферической нервной системе норадреналин является главным медиатором симпатической нервной системы (отвечающей за реакции организма в состоянии стресса).
В головном мозге норадреналин тоже работает как медиатор, и медиатор весьма важный. Однако зона, где находятся нейроны, использующие норадреналин в качестве медиатора, довольно невелика. Эта зона находится в глубинных структурах мозга, в структуре, которая называется «мост», а сама по себе эта зона называется «голубое пятно». Там нервные клетки имеют слегка голубовато-сероватую окраску, но их аксоны (отростки) расходятся очень широко по всей центральной нервной системе. Аксоны клеток голубого пятна очень широко ветвятся и влияют на многие функции мозга.
В головном мозге норадреналин выделяется в фоновом режиме, создавая оптимальный уровень бодрствования. Здесь он в чем-то похож на ацетилхолин. Но самые главные эффекты норадреналина в головном мозге можно охарактеризовать как психическое сопровождение стресса. Норадреналин на периферии, когда работает с внутренними органами, выделяется во время стресса. В центральной нервной системе он тоже выделяется во время стресса, переводя многие функции в более активный режим. Стресс — это, как правило, какие-то сенсорные сигналы (боль, слишком громкий звук, слишком сильный запах). Когда выделяется норадреналин во-первых, растет уровень бодрствования. И, например, если человек волнуетеся, завтра какое-то важное событие, ему тяжело заснуть. Во-вторых, повышается двигательная активность. Если человек волнуется, он можете встать и просто ходить по комнате, потому что сидеть тяжело. Это эффект норадреналина. В-третьих, снижается болевая чувствительность. Физиологи называют это стресс-вызванной аналгезией. И биологически это очень понятно: если человек ввязался в драку, то болевые ощущения не должны ему мешать бороться с какой-то опасностью.
Важный эффект норадреналина — это улучшение запоминания информации на фоне стресса. Однако, стресс не должен быть слишком сильным — тогда запоминание ухудшается, а вот умеренный стресс позитивно влияет на процессы формирования памяти, сохранения информации. И наконец, с норадреналином связаны эмоции, причем те положительные эмоции, которые человек испытывает, когда, например, попадает в некую потенциально опасную ситуацию, а потом из нее выходит. Вот это ощущение победы, азарта — норадреналиновое, и люди, у которых активно голубое пятно, соответственно, испытывают больше таких эмоций. А что значит «более активно голубое пятно»? Значит, врожденные гены, гены их родителей делают данную структуру более эффективно работающей. Соответственно, такие люди более азартны, могут быть, более склонны к риску, а мужчины порой даже более агрессивны. Здесь можно наблюдать такие эмоциональные эффекты выделения норадреналина. И препараты, являющиеся агонистами норадреналина, тоже могут вызывать позитивные эмоциональные эффекты. В целом значение норадреналина очень велико, это главный медиатор симпатической нервной системы и важный медиатор центральной нервной системы, который обеспечивает психическое сопровождение стресса.
Глутамат
Глутаминовая кислота, или глутамат — один из наиболее важных нейромедиаторов. Глутамат выделяют приметно 40% нейронов мозга. С его помощью в головном и спинном мозге передаются основные информационные потоки: все, что связано с сенсорикой (зрение и слух), память, движение, пока оно не дошло до мышц, — все это передается с помощью выделения глутаминовой кислоты.
Глутамат — это возбуждающий медиатор, то есть он всегда в нервной системе, в синапсах, вызывает нервное возбуждение и дальнейшую передачу сигнала. Этим глутамат отличается от ацетилхолина или норадреналина, потому что ацетилхолин и норадреналин в одних синапсах могут вызывать возбуждение, в других — торможение, они имеют более сложный алгоритм работы. Однако, стоит отметить, что к глутамату существует порядка 10 типов рецепторов, то есть чувствительных белков, на которые действует эта молекула, и разные рецепторы с разной скоростью и с разными параметрами проводят глутаматный сигнал.
Однако, стоит отметить, что помимо того, что глутамат является медиатором в центральной нервной системе, он так же является достаточно распространенной аминокислотой, входящей в состав белков. Именно по этой причине на языке человека существуют специальные рецепторы, чувствительные к глутамату. Считается, что это было необходимо для поощрения потребления пищи, содержащей глутамат а следовательно и белок. Именно по этой причине в восточной культуре приобрел популярность соевый соус, который содержит в себе глутамат, попадающий в него из соевых бобов, являющихся источником белка. Именно этим и обусловлена способность глутамата натрия, используемого в пищевой промышленности, усиливать вкус. Стоит отметить, что в сутки человек потребляет порядка 5-10 грамм глутамата в сутки. Но глутамат потребляемый с пищей практически не проникает в центральную нервную систему, а используется организмом человека для построения собственных белков.
Сам по себе глутамат натрия, как пищевая добавка ,не несет в себе вреда, но он способен вызвать переедание, усиливая вкус потребляемых продуктов.
Дофамин
Одним из важнейших медиаторов центральной нервной системы является вещество, называющееся дофамин. Он специфично связанное с мозгом, прежде всего с головным, в отличие, например, от ацетилхолина, норадреналина, которые активны и в периферической нервной системе.
В головном мозге дофаминовые нейроны можно обнаружить в основном в среднего мозга в черной субстанции. Черная субстанция потому так и названа, что эта зона мозга имеет темную окраску: нейроны там содержат некоторое количество меланина — темного пигмента. Аксоны (отростки) этих клеток идут вверх, в большие полушария, и в основном они заканчиваются в базальных ганглиях (скопления серого вещества в основании полушарий мозга). Данный блок дофаминовой системы связан с регуляцией двигательной активности: от того, насколько много дофамина выделяет черная субстанция, во многом зависит, насколько человек физически активен, моторен, любит двигаться. Люди с активной черной субстанцией с удовольствием занимаются спортом, танцуют и вообще перемещаются в пространстве. Люди, у которых черная субстанция не очень активна (а это в основном зависит от генов), соответственно, двигательно менее активны, и не получают столько удовольствия от физических упражнений, но они получают удовольствие от чего-то другого: от еды или новизны — во всяком случае, окружающие их порой воспринимают как лентяев.
Дофамин воздействуют на выброс некоторых гормонов (в частности на секрецию гормона пролактина, важного для регуляции лактации, женского полового цикла и сперматогенеза у мужчин) и на центры некоторых потребностей, например, в гипоталамусе дофамин может понижать пищевую мотивацию, повышать агрессивность или усиливать либидо, а так же немного участвует в вегетативной регуляции.
Серотонин
Серотонин — это молекула, которая выполняет в нашем организме достаточно много функций: одновременно является медиатором центральной нервной системы, а также тем, что называют тканевым гормоном. Функции серотонина в головном мозге, в основном носят тормозящий, успокаивающий характер. Выделение серотонина в самых разных структурах приводит к падению общего уровня активности. В этом смысле серотонин — важный компонент центров сна и баланса между сном и бодрствованием. В мозге существует довольно большое количество ядер, которые обеспечивают общий тонус, бодрствование и сонное состояние. И все время идет конкуренция, результатом которой является наше общее состояние. Серотонин отвечает за засыпание и сон.
Еще одна важная функция серотонина — это контроль общего уровня болевой чувствительности. Каждый ичеловек по-разному чувствителен к боли. Люди, которые легко переносят боль, — это люди, у которых активная серотониновая система, имеют много серотонина и рецепторов к нему.
Серотонин важен для того, чтобы блокировать слабые сенсорные потоки. Эта его функция проявляется в основном в коре больших полушарий, здесь серотонин помогает гамма-аминомасляной кислоте, убирает лишние сигналы и позволяет лучше сконцентрироваться на главной задаче.
Наиболее известная функция серотонина связана с контролем отрицательных эмоций. Деятельность головного мозга построена так, что все время идет конкуренция между центрами положительных и отрицательных эмоций. Должен быть довольно точный баланс, паритет, потому что слишком эйфорический мозг — это тоже нехорошо, а мозг, в котором преобладают отрицательные эмоции, имеет депрессивные симптомы. Два важнейших медиатора — дофамин и норадреналин — усиливают активность центров положительных эмоций, а серотонин в основном подавляет центры отрицательных эмоций. Там серотонин способен контролировать отрицательные эмоции и не давать человеку уходить в депрессивный статус.
Эндорфины
Открытие эндорфинов произошло в результате долгих поисков того, какие медиаторы действуют на опиоидные рецепторы в головном мозге. К этому моменту в мозге были обнаружены опиоидные рецепторы, на которые действует морфин — основной компонент опиума. Так как морфин действует на мозг и вызывает обезболивание и эйфорию, наверное, есть что-то в мозге, похожее на морфин и являющееся собственным медиатором к этим рецепторам.
В организме человека система эндорфинов работает в двух основных, совершенно независимых, блоках: во-первых, в центрах болевого контроля, во-вторых, в центрах контроля положительных эмоций. Центры контроля проведения боли в основном расположены на входе в спинной мозг и на входе в головной мозг. Это те зоны, где спинной мозг входит в спинномозговые нервы, а в головной входит тройничный нерв, отвечающий за восприятие болевой чувствительности головы. Там есть специальные синапсы, которые контролируют вход болевых сигналов, и их задача — это не пропускать слабые болевые сигналы. В этих синапсах все время выделяется немного эндорфинов и энкефалинов, и они сдерживают слабые болевые импульсы. Это важно, потому что человек все время испытываем небольшие повреждения, а если бы все болевые сигналы передавались дальше, то у человека бы все время все болело.
Боль как сенсорное явление возникает при повреждениях клеток и тканей, неважно каких: механических, термических или от воздействия током. Важно, что поврежденная клетка, выделяет специальные вещества — гистамин, который дальше запускают импульсы, импульсы идут и на уровне коры больших полушарий, это воспринимается как боль. Чтобы заблокировать слабые болевые сигналы, работают эндорфины. Полезно блокировать слабые болевые сигналы, а пропускать только средние и сильные.