Электрическая система нашего тела

Перечень разделов ↓

Фрагменты книги "Искра жизни. Электричество в теле человека" Фрэнсис Эшкрофт. Я выбрала из книги только некоторые фрагменты, которые могут быть использованы при работе техниками психологической биодинамики. В ней есть еще много интересного.

"Практически все токи в живых существах представляют собой потоки ионов — атомов, имеющих электрический заряд. Токи в нашем организме обусловлены движением пяти основных видов заряженных частиц. Четыре из них имеют положительный заряд —натрий, калий, кальций и водород (протон), а один, хлор (хлорид-анион), — отрицательный заряд. В силу того, что ионы несут электрический заряд, их движение создает электрический ток.

Ионные токи, обеспечивающие передачу нервных импульсов, текут через клеточные мембраны внутрь клеток и из них. Таким образом, хотя электрические импульсы распространяются вдоль нервных и мышечных волокон, ионные токи, которые генерируют их, проходят под прямым углом к направлению распространения импульса.

Поверхность клетки представляет собой мембрану, которая окружает клеточное содержимое и служит границей с внешним миром наподобие стенки мыльного пузыря. Мембрана выстроена из жиров (научное название — липиды), а следовательно, она непроницаема для большинства водорастворимых веществ.


Растворы внутри наших клеток и клеток всех других организмов на Земле богаты ионами калия и бедны ионами натрия. В отличие от этого кровь и другие внеклеточные жидкости, в которых находятся наши клетки, бедны ионами калия и богаты ионами натрия. За счет перепадов ионного состава генерируются электрические импульсы в наших нервных и мышечных клетках, поскольку они, как и перепад в уровнях воды перед плотиной и за ней, позволяют эффективно накапливать потенциальную энергию. Стоит открыться шлюзам, как тут же начинает высвобождаться энергия в результате перераспределения ионов, стремящихся к выравниванию концентраций с обеих сторон мембраны. Это движение ионов и порождает нервные и мышечные импульсы.

Трансмембранные градиенты концентрации натрия и калия (т.е. разница в их концентрациях внутри и вне клеток) поддерживаются крошечным молекулярным двигателем, так называемым натриевым насосом, пронизывающим клеточную мембрану
Этот белок выкачивает избыточные ионы натрия, которые просачиваются в клетку, и заменяет их на ионы калия. Если насос прекращает работать, то градиенты концентраций ионов постепенно снижаются, и когда они полностью исчезают, перестают генерироваться электрические импульсы точно так же, как разряженный аккумулятор перестает приводить в действие стартер вашего автомобиля. Как следствие, органы чувств, нервы, мышцы, в общем, все клетки организма просто впадают в ступор. Именно это происходит, когда мы умираем.

Подобно крепостной стене средневекового города мембрана защищает клетку от токсинов в ближайшем окружении и ограничивает поступление и выделение различных веществ, поскольку липиды, из которых она выстроена, непроницаемы для большинства субстанций

Открытое и закрытое состояние

Ионные каналы — шлюзы клетки. Их важнейшее свойство состоит, пожалуй, в том, что они открываются и закрываются, регулируя движение ионов, а самое главное, процесс открывания и закрывания (их «воротный» механизм) жестко контролируется посредством присоединения внутриклеточных или наружных химических веществ, механического напряжения или изменения разности потенциалов на клеточной мембране

Нервные клетки общаются друг с другом через химические посланники, известные как медиаторы, которые взаимодействуют со специализированными ионными каналами в мембране целевой клетки. Медиатор присоединяется к определенному участку белка канала, входя в него, как ключ в замок. Это вызывает конформационное изменение белка канала, который открывает пору и позволяет ионам проходить через него.

О том, что каналы реагируют на напряженность электрического поля, мы узнали всего 25 лет назад.

Электропроводка организма

Нервные волокна передают электрические сигналы по всему организму. То, что мы обычно называем нервом, на деле представляет собой жгут из множества нервных волокон, окруженных защитной оболочкой, подобный кабелю, составленному из тысяч телефонных проводов.

Большинство нервов располагаются в глубине ткани, которая защищает их от повреждения. Исключением являются окончания чувствилоктевой нерв, который подходит близко к поверхности кожи в локтевом сгибе. Это объясняет, почему при резком ударе локтя (локтевого отростка) острая боль пронизывает всю руку: удар возбуждает нерв точно так же, как и небольшой электрический разряд.

Хотя нервные волокна могут проводить импульсы в любую сторону, обычно они передают их только в одном направлении. Двигательные нервы передают сигнал в наружном направлении: от головного и спинного мозга к мышцам для управления их сокращением, а чувствительные нервы передают информацию в обратном направлении — от органов чувств к головному мозгу.

Клеточное тело — это центр управления нервной клеткой: в нем находится ядро с генетическим материалом (ДНК). Многочисленные короткие отростки отходят от тела нервной клетки подобно ветвям дерева, поэтому их и называют дендритами, от греческого слова «дендрон» — дерево обработки информации низшего уровня, которые объединяют всю входящую информацию перед ее передачей клеточному телу.

Тела нервных клеток находятся почти исключительно в головном и спинном мозге, где их защищает «гематоэнцефалический барьер», отделяющий кровь от цереброспинальной жидкости, в которой находится головной и спинной мозг. Головной мозг выполняет роль командного центра всей нервной системы. В нем сосредоточены миллионы нервных клеток, каждая из которых имеет множество отростков и многочисленные связи с другими клетками мозга.

Нервные клетки передают информацию с помощью электрических сигналов, называемых нервными импульсами или потенциалами действия. Они бегут по нервному волокну со скоростью до 400 км/ч.

Самыми быстрыми нервами являются те, что заключены в изолирующую миелиновую оболочку. Она формируется слой за слоем из мембран особых клеток (так называемых шванновских клеток), которые плотно обертывают аксон, подобно слоям рулета или туалетной бумаги на трубке рулона. Изолирующая миелиновая оболочка позволяет быстрее передавать электрические импульсы. При ее повреждении проводимость нерва нарушается.
Многочисленные шванновские клетки расположены вереницей вдоль всей длины аксона. Через каждые несколько микрометров между соседними шванновскими клетками образуется небольшой зазор, называемый перехватом Ранвье, который позволяет оголенной мембране нерва контактировать с внеклеточной жидкостью. Поскольку миелиновая оболочка является хорошим изолятором, электрический ток может течь от нервной клетки к внеклеточной жидкости только в местах перехватов. Перехваты, таким образом, служат ретрансляционными станциями, усиливающими потенциал действия и повышающими его скорость. Фактически нервный импульс движется быстрее в миелинизированных нервах потому, что его передний фронт перепрыгивает последовательно от перехвата к перехвату. Это объясняет, почему миелинизированные нервы передают потенциалы действия намного быстрее немиелинизированных нервных волокон.

Разговоры нервов

Мы, люди, представляем собой цифровые системы с незапамятных времен. Задолго до зарождения идеи компьютера наши нервные волокна передавали импульсы, несущие цифровой код. Потенциалы действия подчиняются закону «все или ничего» — их амплитуда постоянна и не зависит от силы раздражителя. Возрастание силы раздражителя приводит к повышению частоты потенциалов действия.

Большую проблему для понимания того, как именно работают нервы, представлял характер потенциала действия — все или ничего. Ничто не происходило до тех пор, пока электрический раздражитель не превышал определенный порог, а после этого все протекало мгновенно — мембранный потенциал неожиданно и взрывообразно изменялся от уровня покоя до более положительного примерно на 100 мВ уровня, а затем быстро возвращался к исходному состоянию.

Потенциал действия возникает под действием повышения проницаемости мембраны для ионов натрия. Проницаемость повышается в результате открытия натриевых каналов, которые позволяют потоку положительно заряженных ионов натрия проходить в нервную клетку и смещать мембранный потенциал в положительную сторону (деполяризация). Менее чем через миллисекунду открываются калиевые каналы, выпускающие ионы калия из нервной клетки и возвращающие мембранный потенциал к уровню покоя (реполяризация). Совместно эти противоположные потоки ионов генерируют кратковременное изменение потенциала, которое и составляет нервный импульс.

Натриевые и калиевые каналы, которые открываются в ответ на изменение потенциала на клеточной мембране, являются ключевыми элементами механизма генерирования электрических сигналов в нашем мозге, сердце и мышцах.

Когда нервные клетки находятся в состоянии покоя, и те и другие каналы плотно закрыты. При возбуждении нерва сначала натриевые каналы, а вслед за ними с небольшим отставанием и калиевые каналы начинают действовать, создавая кратковременное изменение мембранного потенциала — нервный импульс.

Однако что инициирует этот процесс? Важно то, что натриевые и калиевые каналы, участвующие в генерировании потенциала действия, чувствительны к потенциалу и открываются, если мембранный потенциал становится более положительным (деполяризация). Именно это происходит, когда нервная клетка возбуждается под влиянием входящего сигнала от другой нервной клетки или под действием внешнего электрического разряда. Чем больше при этом изменяется мембранный потенциал, тем больше открывается натриевых каналов и больше ионов натрия поступает в клетку. Помните, в соответствии с законом Ома изменение тока вызывает соответствующее изменение разности потенциалов? В нервной клетке натриевый ток сдвигает потенциал в положительном направлении, это приводит к открытию дополнительных натриевых каналов, что делает мембрану еще более положительной и приводит к открытию новых каналов, и т.д. Иными словами, возникает цикл с положительной обратной связью. Этим и объясняется взрывной, соответствующий закону «все или ничего» характер потенциала действия.

Два фактора возвращают мембранный потенциал к уровню покоя.
Во-первых, натриевые каналы не бесконечно остаются открытыми при положительных мембранных потенциалах и в конечном итоге закрываются. Этот процесс называется инактивацией.
Во-вторых, открываются калиевые каналы, и ионы калия уходят из клетки, восстанавливая дисбаланс зарядов и вновь сдвигая потенциал в отрицательном направлении.
И это хорошо, что калиевые каналы открываются позже натриевых, ведь если бы они открывались одновременно, то натриевый и калиевый токи компенсировали бы друг друга, а значит, не было бы ни нервных импульсов, ни мыслей, ни действий.

Окончание нервного волокна усеяно небольшими мембранными пузырьками (везикулами), наполненными нейромедиатором. В синапсе между нервом и мышцей нейромедиатором служит ацетилхолин, но для передачи информации между различными типами нервных клеток в головном мозге используется множество других химических веществ.
Когда электрический импульс достигает нервного окончания, он заставляет везикулы выделять их содержимое в щель между двумя клетками. Нейромедиатор диффундирует через щель и присоединяется к рецептору на поверхности постсинаптической клетки, инициируя генерирование электрического импульса. В мышечной клетке такой импульс вызывает сокращение.


Когда нервный импульс достигает окончания аксона, он должен каким-то образом вызывать выделение нейромедиатора из содержащих его крошечных везикул. В этом процессе решающую роль играют ионы кальция.
Концентрация ионов кальция внутри клеток в 10 000 раз меньше, чем снаружи. Такую концентрацию поддерживают молекулярные насосы, которые быстро удаляют поступающий кальций, выбрасывая его из клетки или запасая во внутриклеточных депо. Одна из причин, по которым концентрация кальция поддерживается на таком низком уровне, заключается в том, что он служит мессенджером, передающим внутриклеточным белкам и органоидам информацию о событиях на клеточной мембране. На нервном окончании, например, кальций инициирует выделение ацетилхолина из везикул в пространство между нервной и мышечной клетками.

Когда нервный импульс достигает нервного окончания, под его воздействием кальциевые каналы открываются и впускают поток ионов кальция в клетку. Это заставляет синаптические везикулы, наполненные нейромедиатором ацетилхолином, двигаться в направлении мембраны, сливаться с ней и выбрасывать содержимое в синаптическую щель. Ацетилхолин затем диффундирует через щель и присоединяется к рецепторам на мембране мышечного волокна. Присоединение нейромедиатора открывает ионный канал в ацетилхолиновом рецепторе, позволяя ионам натрия входить в клетку. Натриевый ток инициирует электрический импульс в мышце. Таким образом, электрический сигнал передается от нерва к мышце с помощью химического посредника.

Совершенно ясно, чтобы мышца могла отреагировать на второй нервный импульс, первый сигнал должен быстро прекратиться. Это достигается двояким образом.
Во-первых, нейромедиатор остается присоединенным к своему рецептору очень недолго, а затем самопроизвольно отделяется.
Во-вторых, нейромедиатор быстро удаляется.
В месте прилегания нервной и мышечной клеток ацетилхолин после выброса разрушается в течение пяти миллисекунд под действием фермента, так называемой ацетилхолинэстеразы, который находится в синаптической щели.
Ингибирование ацетилхолинэстеразы смертельно, поскольку это ведет к накоплению ацетилхолина в синаптической щели. Следствием является чрезмерная стимуляция ацетилхолиновых рецепторов и судороги. Поскольку ацетилхолин служит нейромедиатором в нервах, которые возбуждают железы, ингибиторы ацетилхолинэстеразы также вызывают чрезмерное слюноотделение и слезоотделение.

Мышцы, которые приводят в движение наши конечности, состоят из множества клеток, называемых мышечными волокнами. Они собраны в пучки, придающие мясу волокнистую структуру. Нервные клетки, управляющие мышцами, называют двигательными нейронами. В случае их повреждения или нарушения работы мышцы теряют способность двигаться в ответ на наше желание и постепенно атрофируются от бездействия.
Это случается, например, при поражении двигательных нейронов, когда их прогрессирующая дегенерация приводит к слабости и атрофии мышц и в конечном итоге к нарастающей неспособности двигать конечностями и затруднениям при разговоре, глотании и дыхании.

Каждая мышечная клетка возбуждается отдельным двигательным нервным волокном, клеточное тело которого находится в головном или спинном мозге. Вместе с тем одна нервная клетка может возбуждать несколько тысяч мышечных волокон, поскольку ее концевая часть имеет множество ответвлений.
Нерв и обслуживаемые им мышечные волокна совместно называются двигательной единицей, и, когда нерв возбуждает мышечные волокна, все они сокращаются синхронно. Мышечные волокна, входящие в двигательную единицу, распределены по мышце и нередко находятся довольно далеко друг от друга.

Контакт нерва с мышцей располагается около центральной части волокна, где нерв разделяется на несколько крошечных ответвлений, каждое из которых образует синапс с мышцей.
Мышечная мембрана у нервного окончания образует многочисленные складки, увеличивающие площадь поверхности и позволяющие разместиться значительно большему числу ацетилхолиновых рецепторов. Возбуждение нерва приводит к обильному выбросу ацетилхолина, который диффундирует через синаптическую щель и присоединяется к рецепторам.

По сути наше сердце — это насос, управляемый электричеством. Кровь входит через верхние камеры (предсердия), которые сокращаются первыми и проталкивают кровь в значительно более крупные нижние камеры (желудочки).
Желудочки сокращаются синхронно примерно через полсекунды — правый желудочек гонит кровь в легкие, а левый заставляет ее циркулировать по всему телу. Обратные клапаны между верхними и нижними камерами позволяют крови течь только в одном направлении — от предсердия в желудочки. Аналогичные обратные клапаны находятся на выходе из желудочков, отделяя их от крупных сосудов. Если эти клапаны дают течь, что может случиться с возрастом, то кровь перекачивается менее эффективно, организм получает меньше кислорода, и человек чувствует постоянную усталость.
Камеры с правой и с левой стороны сердца физически разделены, что предотвращает смешивание богатой кислородом крови, выходящей из легких, с кровью, поступающей из тканей. Поскольку клетки сердца связаны друг с другом, они сокращаются синхронно, и сердце бьется как единый орган.

Электрическая система сердца

Клетки, задающие ритм, находятся в синусном узле на стенке правого предсердия. Черными линиями со стрелками обозначены пучки волокон, образующие проводящие пути, по которым электрические сигналы поступают к нижним камерам (желудочкам). Две стороны сердца физически разделены, но сокращаются одновременно.
По легочной артерии кровь поступает из правой стороны сердца в легкие. После насыщения кислородом в легких кровь возвращается в левую сторону сердца откуда поступает в аорту и распространяется по всему организму.
Момент, когда сердце сокращается, называют систолой, а момент, когда оно полностью расслабляется, — диастолой.

Каждое сокращение инициируется группой задающих ритм клеток (так называемым синусно-предсердным узлом), которые расположены в верхней правой камере сердца и называются водителем ритма.
Эти клетки генерируют электрические импульсы, передаваемые остальным клеткам по специализированным проводящим каналам: сначала к предсердножелудочковому узлу, находящемуся в месте примыкания правого предсердия и желудочков, а затем к стенкам самих желудочков.
Время передачи электрических сигналов таково, что они сначала достигают верхних камер, а потом желудочков. Неодновременность моментов возбуждения необходима для того, чтобы сердце могло выполнять роль насоса. При нарушении последовательности возбуждения сердце перестает биться ровно и теряет способность перекачивать кровь находится под угрозой.
Блокада сердца - это когда повреждение проводящих путей не позволяет электрическому сигналу проходить от предсердий к желудочкам (обратите внимание на то, что это не блокирование сосудов сердца).
При полной блокаде сердца предсердный сигнал совершенно не проходит. Как следствие, желудочки начинают сокращаться по собственному ритму, и частота биения сердца может упасть вплоть до 30 ударов в минуту. Больной при этом с большим трудом переносит физические нагрузки. В таких случаях без электрокардиостимулятора не обойтись. К самому серьезному нарушению сердечного ритма следует отнести вентрикулярную фибрилляцию (VF), которая приводит к смерти, если ее не устранить. В этом состоянии наблюдается электрический хаос из-за того, что множество областей в нижних камерах сердца борются за контроль ритма. В результате желудочки сокращаются настолько несинхронно, что сердце непрерывно вздрагивает, но сократиться полноценно не может. Как заметил выдающийся анатом XVI в. Везалий, оно похоже на извивающийся мешок с червями. Когда такое происходит, более-менее значительный кровоток сердца становится невозможным, и сердце довольно быстро останавливается из-за отсутствия кислорода, а больной умирает.

Сердечные приступы возникают в результате прекращения подачи крови к сердцу, и причиной этого обычно является блокирование одной из коронарных артерий. По мере того как ткани, находящиеся за местом блокирования, лишаются кислорода, они начинают отмирать. Это может спровоцировать вентрикулярную фибрилляцию, поскольку повреждение тканей нарушает синхронное распространение электрических сигналов по сердцу. Различные группы сердечных клеток после этого начинают действовать самостоятельно и сокращаться в разное время. Как и в любом сообществе, сотрудничество между различными частями жизненно важно для эффективной работы сердца.

При дефибрилляции в реальной жизни электрический разряд не используют для запуска остановившегося сердца. Эффектное возвращение к жизни — обычное дело в современной медицине, но только не в случае остановки сердца, а в случае его фибрилляции, когда желудочки сокращаются настолько несинхронно, что сердце превращается в судорожно подергивающийся комок плоти, неспособный перекачивать кровь. И электрический ток используется вовсе не для запуска сердца, а для его остановки. Как уже говорилось, это делается в надежде, что после самопроизвольного запуска сердца клетки природного водителя ритма в синусном узле возобновят свою работу и нормальный ритм восстановится.
Хотя индивидуальные клетки сердца продолжают сокращаться, они делают это несинхронно, так что сердце перестает выполнять роль насоса. Из-за отсутствия кислорода в течение нескольких минут погибает мозг, и в конечном итоге по той же причине перестает биться и само сердце.

В нормально функционирующем сердце электрические сигналы, генерируемые в предсердии, поступают в желудочки по специальному проводящему тракту, называемому предсердно-желудочковым узлом.
У людей с синдромом Вольфа–Паркинсона–Уайта между предсердиями и желудочками расположен дополнительный мостик из ткани, который образует альтернативный канал для передачи электрических сигналов.

Момент подачи электрического сигнала к желудочкам критически важен для правильного сердцебиения, и предсердно-желудочковый узел действует как диспетчер между предсердиями и желудочками, модулирующий распространение электрического импульса. Если предсердия сокращаются слишком часто, предсердно-желудочковый узел пропускает не все сигналы и не позволяет желудочкам сокращаться слишком часто.
Дополнительный проводящий тракт, существующий у людей с синдромом Вольфа– Паркинсона–Уайта, не обладает свойствами предсердно-желудочкового узла и может таким образом спровоцировать высокий сердечный ритм. Кроме того, электрический сигнал между предсердиями и желудочками может закольцовываться, поступая через предсердно-желудочковый узел и возвращаясь через дополнительный проводящий тракт. Это приводит к очень высокой частоте сокращений желудочков, фибрилляции и внезапной смерти.

Как и в случае нервных клеток, за генерирование электрических импульсов в клетках сердца отвечают ионные каналы. Однако в клетках сердца в формировании потенциала действия участвует намного больше типов каналов. Все начинается с открытия натриевых каналов.
Кальциевые каналы важны не только потому, что они впускают ионы кальция, инициирующие выброс запасенного кальция.
Эти каналы, помимо прочего, закрываются (инактивируются) медленно при положительных мембранных потенциалах, увеличивая продолжительность сердечного потенциала действия и, таким образом, давая сердцу больше времени на сокращение. Потенциал действия клетки желудочка длится примерно полсекунды, т.е. он в 500 раз продолжительнее, чем потенциал действия нервной клетки. К окончанию сердечного потенциала действия приводит открытие калиевых каналов, и следующее за этим истечение ионов калия возвращает градиент потенциала на мембране к значению, характерному для состояния покоя. Как следствие, кальциевые каналы закрываются, приток кальция прекращается, и сердце расслабляется.

В отличие от калиевых каналов нервных клеток многие калиевые каналы сердца открываются медленно, что способствует еще большему увеличению продолжительности потенциала действия в сердце. Кроме того, в сердце есть калиевые каналы нескольких типов.

Адреналин помогает организму справиться с неблагоприятной ситуацией путем повышения частоты и силы сокращений. С этой целью он открывает дополнительные кальциевые каналы в мембранах клеток сердца.
Как следствие уменьшается интервал между импульсами, генерируемыми клетками синусного узла, частота сердцебиения повышается, а также резко увеличивается количество кальция, который выбрасывается из внутриклеточных хранилищ, увеличивая силу сокращения.
Адреналин вырабатывается железами, расположенными прямо над почками, и выделяется в кровь в ответ на стресс или физическую нагрузку.

Родственное вещество, обладающее аналогичным действием, норадреналин, выделяется нервами, которые возбуждают сердце. Выделяемые нервами химические вещества, которые возбуждают сердце, могут также замедлять темп сердцебиения, а иногда и полностью останавливать сердце.

Атропин блокирует действие ацетилхолина в мускариновых рецепторах и используется в медицинской практике для снижения эффекта нейромедиатора у больных с очень низкой частотой сердцебиения или у тех, чье сердце фактически остановилось. Он помогает ускорить сокращения сердца
.
Соленая кожа — первое проявление болезни, которую сейчас называют муковисцидозом (кистозным фиброзом). У людей, страдающих этим заболеванием, очень соленый пот и не вырабатываются некоторые пищеварительные ферменты. Но хуже всего то, что их легкие забиваются густым и липким слизистым секретом, который затрудняет дыхание и вызывает хроническую инфекцию, воспаление и медленно прогрессирующее разрушение легких. Это заболевание до сих пор неизлечимо. Оно угрожает жизни, и, несмотря на все современные технологии, более половины страдающих им не доживают до 40 лет.
Причиной проблемы являются мутации, нарушающие работу особого ионного канала. Его полное название — муковисцидозный трансмембранный регулятор проводимости, но на практике всегда пользуются латинской аббревиатурой CFTR. Этот канал находится в клетках, выстилающих легкие и протоки таких органов, как потовые железы, поджелудочная железа и яички, и управляет перемещением ионов хлора через клеточную мембрану. Секреция ионов хлора необходима для образования жидкости, переносящей пищеварительные ферменты в кишечник, семенной жидкости и пота. Она также важна для секреции жидкости в легких — там тонкая пленка жидкости захватывает бактерии и перемещает их от основания легких вверх по дыхательным путям в рот, где они проглатываются и благополучно уничтожаются


Оказывается, существует множество видов аквапориновых каналов, и они имеются в различных клетках, включая клетки головного мозга и красные кровяные тельца, даже в клетках растений и микроорганизмов.
Один из самых важных аквапоринов (так называемый аквапорин 2) находится в собирающем протоке почечных канальцев и отвечает за обратное всасывание последних 35 литров из воды, которую наши почки пропускают через себя каждый день, и, таким образом, за нашу способность концентрировать мочу.
В секунду через один аквапориновый канал проходят примерно три миллиарда молекул воды. Он обладает высокой избирательностью, которую обеспечивает уникальная структура поры, — только вода, а не ионы, может проходить через него.
Водные каналы также необычны тем, что они не открываются и закрываются, подобно ионным каналам, а постоянно находятся в открытом состоянии: количество пропускаемой воды регулируется перемещением каналов внутрь клетки и наружу, в клеточную мембрану. Когда организму нужно запасти воду, появляются дополнительные водные каналы. И наоборот, когда вы пьете слишком много воды, водные каналы удаляются, протоки начинают поглощать меньше отфильтрованной почками воды, и она просто выводится из организма в виде мочи. Такое втягивание и встраивание водных каналов в клеточную мембрану регулируется гормонами и происходит непрерывно.
Оно и сейчас происходит в ваших почках. Что интересно, этот процесс может прерываться под действием алкоголя. Всего несколько кружек пива приводят к прекращению выделения антидиуретического гормона, который вызывает встраивание водных каналов в почечные канальца.

Зрение

Наша способность видеть начинается с преобразования света в электрический сигнал, и непосредственное участие в этом процессе принимают ионные каналы.
И палочки, и колбочки содержат миллионы молекул пигмента, плотно зажатых в мембранах ряда внутриклеточных дисков, которые расположены стопкой во внешнем сегменте клетки. Огромное количество молекул значительно повышает вероятность поглощения фотона, проходящего через глаз, и инициирования зрительной реакции. Однако месторасположение фотопигмента создает проблему, поскольку оно находится далеко от везикул с нейромедиатором, с помощью которого светочувствительная клетка передает сигнал соседней клетке. В результате в фоторецепторах сигнал на выброс нейромедиатора при изменении фотопигмента под действием света передает внутриклеточный мессенджер. Он представляет собой химическое вещество, известное как циклический гуанозинмонофосфат (цГМФ), которое передает информацию от внутриклеточных дисков к поверхности клеточной мембраны. Там химический сигнал преобразуется в значительно более быстрый электрический сигнал, мгновенно достигающий области, где происходит выброс нейромедиатора.
В центре этого сложного каскада сигнальных процессов находится специальный ионный канал, который открывается при присоединении к нему цГМФ. В темноте уровни цГМФ в палочках и колбочках высоки, и поэтому цГМФ-зависимые каналы открыты.
Ионы натрия, входящие через пору канала, вызывают положительный сдвиг мембранного потенциала, который распространяется по поверхности мембраны до другого конца палочки или колбочки. Там он открывает кальциевые каналы, ионы кальция входят в клетку и инициируют выброс нейромедиатора, который стимулирует следующую клетку в цепочке. В конечном итоге информация о том, что темно, поступает в мозг.

Исключительная чувствительность нашего зрения обусловлена именно этой сложной цепной реакцией, представляющей собой фактически мощный усилитель. Каждый поглощенный фотон вызывает разрушение множества молекул цГМФ, так что закрывается столько каналов, сколько необходимо для полного прекращения выделения нейромедиатора. Как вы уже, наверное, поняли, еще одной замечательной особенностью наших палочек является то, что они непрерывно подают сигнал, когда их не стимулируют, т.е. они активны в темноте и выключаются на свету. Считается, что это их свойство повышает нашу чувствительность к свету.

Слух

Самая важная часть уха — крошечный механизм, который фактически обеспечивает восприятие звука, — надежно укрыта в нашем черепе. Это улитка, заполненный жидкостью мешочек, свернутый спиралью, подобно раковине, внутри височной кости. Размером примерно с горошину в свернутом состоянии улитка достигает 35 мм в длину, если ее развернуть. Внутреннее пространство улитки разделено двумя мембранами на три канала. На нижней (базилярной) мембране расположены примерно 16 000 особых чувствительных клеток, называемых волосковыми клетками, они идут вдоль всей мембраны в четыре ряда: три ряда наружных волосковых клеток и один ряд внутренних. На вершинах волосковых клеток находятся пучки жестких волосков, так называемых стереоцилий, которые вытянуты в направлении покровной мембраны
Звуковые волны вызывают колебания в жидкости улитки с обеих сторон базилярной мембраны, заставляя перепонку вибрировать. Экспериментируя на трупах людей, венгерский инженер Георг фон Бекеши доказал, что звук движется вдоль базилярной мембраны как бегущая волна (подобно той, что наблюдается при щелчке кнутом) с возрастающей амплитудой, которая достигает пика в определенной точке мембраны, а затем быстро угасает.
Место достижения пика зависит от частоты звука: высокочастотные звуки смещают больше всего основание базилярной мембраны, а низкочастотные — создают наибольшие отклонения у вершины улитки.
Ничтожные перемещения базилярной мембраны передаются волосковым клеткам, заставляя их стереоцилии двигаться возвратно-поступательно и вызывать механическую деформацию, которая открывает специальные ионные каналы. Такие механочувствительные ионные каналы являются центральным элементом слуха, поскольку именно они преобразуют звуковые волны в электричество или, точнее, механическую энергию в электрическую.
Изменение разности потенциалов на мембране внутренней волосковой клетки, вызываемое звуком определенной частоты, инициирует выделение химического нейромедиатора. Он стимулирует генерирование импульсов в окончаниях слухового нерва и, таким образом, передачу сигналов в головной мозг.
Внутренние волосковые клетки, находящиеся в разных точках базилярной мембраны, реагируют на разные частоты, причем те из них, что расположены у основания улитки, воспринимают высокие звуки, а те, что у вершины, — низкие. Такая частотная избирательность просто обусловлена амплитудой движения базилярной мембраны — напомню, что высокие звуки оказывают наибольшее воздействие у основания улитки. Нервные волокна, отходящие от различных участков базилярной мембраны, настроены, таким образом, на определенные частоты, что позволяет головному мозгу различать тон звука
Одним из первых признаков повреждения волосковых клеток является хронический звон в ушах, который называют тиннитусом.

Вкус

Вкусовые рецепторы — это не нервные клетки, а особая разновидность эпителиальных клеток (клеток, которые выстилают кишечник, ротовую полость и носовые проходы). Они живут очень недолго, заменяются каждые две недели и группируются в бочкообразные вкусовые сосочки

Мы можем различать пять основных вкусов — сладкий, соленый, кислый, горький и вкус белковых веществ (умами). Все многообразие вкусов, которые мы чувствуем, воспринимается, однако, в сочетании с запахами, поскольку эти два вида чувств действуют совместно.

Мы чувствуем разные вкусы потому, что стимулируются разные типы рецепторов. Два вкуса — соленый и кислый — непосредственно воспринимаются каналами, чувствительными к соответствующим ионам, т.е. к ионам натрия и ионам водорода (протонам). На соленое реагирует эпителиальный натриевый канал (ENaC), с которым мы встречались в предыдущей главе. На кислое реагируют несколько видов ионных каналов, чувствительных к протонам.
Углекислый газ в шипучих напитках и в шампанском мы также чувствуем благодаря рецепторам кислого, поскольку при его растворении в воде образуются протоны. Любопытно, что некоторые производители газированной воды знали об этом задолго до того, как наука доказала правильность таких представлений, — названия sauerwasser10 и seltzers указывают на кислый вкус. Слово «умами», происходящее от японского «умаи», означает «вкусный» и относится к вкусу пищи, содержащей глутамат натрия. Некоторые рецепторы, реагирующие на глутамат, также являются ионными каналами.
Способность правильно идентифицировать букет также снижается, когда блюдо имеет не тот цвет. Малиновый сок будет на вкус не таким, если его цвет окажется оранжевым или зеленым.

Обоняние

Клетки, реагирующие на запахи, находятся высоко в носу, почти в семи сантиметрах от ноздрей. Это обонятельные нейроны, отростки которых тянутся к обонятельному эпителию в носу. Каждый нервный отросток оканчивается в небольшой группе обонятельных ресничек, тонких волосообразных отростков, выступающих в слой вязкой слизи, которая покрывает влажную поверхность носовой полости и значительно увеличивает чувствительную к запахам поверхность мембраны. Обонятельные рецепторы находятся на поверхности ресничек, где они улавливают запахи вдыхаемого нами воздуха. У людей насчитывается примерно 350 типов обонятельных рецепторных белков, причем каждый обонятельный нейрон несет белок только одного типа.
Вместе с тем число различаемых нами запахов намного больше 350 — большинство людей способны чувствовать запахи многих тысяч веществ и зачастую очень тонко. «Хороший нос», например нос эксперта-парфюмера или сомелье, еще более чувствителен. Это говорит о том, что за восприятие конкретного запаха отвечает не специальный рецептор. Считается, что каждый рецептор распознает целый класс молекул (или конкретных характеристик молекул), что одно пахучее вещество может присоединяться к нескольким рецепторам и что различать запахи нам позволяет стимулирование определенных комбинаций рецепторов.

Однако тесты показывают, что некоторые запахи мы воспринимаем почти так же хорошо, как и собаки, и намного лучше, чем крысы, и что мы легко превосходим высокочувствительные измерительные приборы. Несмотря на способность распознавать множество ароматов, большинство из нас не слишком хорошо умеют передавать различия словами.

Присоединение пахучего вещества к его рецептору инициирует каскад событий в нейроне, который ведет к открытию ионного канала определенного типа — родственного тому, что имеется в палочках и колбочках, но с некоторыми отличиями — и возникновению тока, порождающего, в свою очередь, поток потенциалов действия в самом обонятельном нейроне.
Эти импульсы проходят по обонятельному нерву к той области головного мозга, которая называется обонятельной луковицей, где они передаются другим нервным клеткам в более глубоких областях мозга. Одной из них является лимбическая система, которая участвует в регулировании эмоциональных реакций организма, именно поэтому запахи могут вызывать сильные эмоции и воспоминания.
Волокна обонятельных нервов тянутся из носа в головной мозг через отверстия в решетчатой пластинке черепа. В результате сильный удар по голове может вызвать сдвиг нервов относительно черепа и прекращение или нарушение нервных процессов, что обычно приводит к необратимой потере обоняния, а поскольку обоняние и вкус тесно взаимосвязаны, еще и к потере вкуса.
Обонятельные нейроны в отличие от других нервных клеток обновляются очень быстро. Каждый из них живет всего около 60 дней, после чего заменяется новым нейроном, который развивается из обонятельной стволовой клетки.

Осязание

Осязание — способность чувствовать нежные прикосновения любимого человека, дуновение ветерка и объятия, от которых кости трещат, — играет важную роль в нашей жизни. Органы чувств в коже отвечают на механическое воздействие изменением электрического потенциала, которое инициирует генерирование нервных импульсов, несущих информацию в спинной и головной мозг.
Как и в других чувствительных нервах, частота импульсов варьирует в зависимости от силы стимула — легкие прикосновения порождают меньше импульсов, чем сильные. Осязательные рецепторы также адаптируются к постоянному стимулированию, поэтому мы не замечаем давления одежды, которую носим.
Как в точности механическая энергия преобразуется в электрическую, остается загадкой, но совершенно ясно, что в этом процессе участвуют механочувствительные ионные каналы. Конечный результат всегда один: механический стимул вызывает повышение частоты потенциалов действия в чувствительном нерве.

Наша кожа содержит рецепторы, чувствительные не только к давлению, но и к температуре и болевым раздражителям. TRP-каналы, однако, позволяют реагировать не только на температуру. Те из них, которые чувствительны к экстремальным температурам, служат также болевыми рецепторами и при стимулировании вызывают чувство боли. Этим объясняется причина, по которой трудно отличить воздействие сильного жара от воздействия сильного холода, т.е. прикосновение к огню от прикосновения ко льду. И в том, и в другом случае мы чувствуем только боль.

Помимо TRP-каналов в восприятии боли участвует один из десяти видов натриевых каналов человека. У некоторых людей этот канал, известный как Nav1.7, не работает. В результате их болевые нервные волокна не могут передавать потенциалы действия, и они не чувствуют боли, хотя осязание, чувствительность к температуре и давлению остаются совершенно нормальными.
Не менее опасна другая патология натриевых каналов Nav1.7, при которой каналы остаются постоянно активированными. Такую патологию называют эритромелалгией, и она передается по наследству. Люди с таким заболеванием страдают от приступов сильной изнурительной боли, сопровождающейся покраснением и жжением рук и ног. По всей видимости, канал Nav1.7 работает как усилитель боли: его чрезмерно высокая активность приводит к постоянной боли, чрезмерно низкая активность — к постоянной анестезии. Любопытно, что вариант гена Nav1.7 определяет болевой порог и является причиной того, что один и тот же раздражитель у одних людей вызывает более сильную боль, чем у других.

Любая боль идет от головного мозга. Это мозг получает сигналы от нервных волокон и говорит, что вы повредили, скажем, ногу. В генерировании болевого ощущения участвуют многие области мозга, они определяют, где болит, как сильно болит и какая эта боль — резкая, жгучая или тупая. Наше восприятие боли очень разнообразно.
Даже когда входной сигнал от окончаний чувствительного нерва один и тот же, процесс его обработки сильно зависит от концентрации нашего внимания, настроения и ожиданий и может давать совершенно разный результат. Позитивный эмоциональный настрой способен превратить плацебо в эффективное обезболивающее, хотя в нем нет никаких активных ингредиентов, а страх перед болью может усилить ее.

Главной проблемой боли является то, что, получив ее сигнал, мы не можем отключить его. Еще хуже то, что у некоторых несчастных боль остается даже после того, как организм выздоровел. Подобная хроническая боль — очень распространенное явление, ее испытывают 15% взрослых.

Информация от органов чувств поступает через чувствительные нервы в виде электрических импульсов в головной мозг. Таким образом, прямая стимуляция чувствительных нервов, минуя органы чувств, должна вызывать соответствующие ощущения.
Общим свойством нервной системы является постепенное ослабевание реакции на постоянно действующий раздражитель. Мы запрограммированы так, что сильнее всего реагируем на изменения в окружающей среде и перестаем обращать внимание на то, что не меняется.

Чувственное восприятие затем передается в виде электрических сигналов. Это мозг интерпретирует шквал нервных импульсов и определяет — исходя из того, откуда они пришли, — что они означают.

Когда мозг перестает обращать внимание на входящие сигналы, мы можем смотреть на мир, но ничего не видеть, а когда сигналы конфликтуют, возникают иллюзии. Мозг работает не просто как приемник, он может настраивать чувствительность наших органов чувств и модифицировать информацию, которую они получают. Наше восприятие зрительных образов, звуков, запахов и т.д., таким образом, является результатом двухстороннего взаимодействия органов чувств и мозга.

Когда вы читаете (или слышите) мои слова, чувствительные клетки глаз или ушей воспринимают информацию, которую несет свет или звук, и преобразуют ее в электрические сигналы. Но это только начало процесса — информация затем преобразуется в химический сигнал и вновь в электрический однократно или много раз, пока она дойдет от органа чувств до мозга. И информация, которая сначала была разбита на небольшие удобоваримые фрагменты, потом обрабатывается и вновь объединяется в несколько сенсорных карт в поверхностных слоях мозга. Еще более удивительно то, что такая информация — распределение электрических сигналов, проскакивающих по вашим нервным клеткам, — интерпретируется как язык, а дополнительный набор электрических разрядов позволяет распознать слова и понять, что я имею в виду.

Мы электрические создания, вы и я, и представляем собой всего лишь невероятно сложную и непрерывно изменяющуюся совокупность электрических и химических сигналов. Однако мозг — это не просто огромная масса взаимосвязанных нервных клеток, это высокоорганизованная структура, разные части которой специализированы и нацелены на выполнение разных задач.

Самой важной областью мозга — той, что отвечает за наши мыслительные процессы и действия, — является передний или большой мозг.

Зрение — это результат взаимодействия между глазами и мозгом, поскольку для чувственного восприятия одних органов чувств недостаточно
Откройте глаза, и вы увидите трехмерный цветной мир, однако на сетчатке реально формируется бесцветное, искаженное и перевернутое изображение, которое она преобразует в мириады электрических сигналов. Они в определенной мере обрабатываются в глазу, а затем передаются через зрительный нерв в мозг, различные области которого выполняют роль ретрансляционных и обрабатывающих станций. В конечном итоге информация в виде электрических импульсов поступает в зрительный центр коры головного мозга, находящийся в затылочной части. Здесь электрические сигналы объединяются, формируются зрительные образы, здесь же происходит их осмысление.
Нервные клетки, которые реагируют на один и тот же тип зрительных сигналов, сосредоточены в одной и той же части зрительного центра коры головного мозга.
Разные нейроны выполняют разные задачи. Одни нервные клетки, по-видимому, специализируются на детектировании движения, другие активируются, только когда в поле зрения оказывается лицо человека, а третьи, называемые зеркальными нейронами, возбуждаются, когда выполняется определенное действие и при наблюдении, как это действие выполняется другими. Кто к вам приближается — любимый человек или грабитель? Или это автобус, которого вы ждете? А может быть, вы просто любуетесь красивым пейзажем? Требует ли то, что вы видите, какого-либо действия. С этой целью сигналы посылаются в префронтальную кору, исполнительную область мозга, где принимается решение, например, помахать рукой, чтобы остановить автобус.
В этом случае сигналы направляются в двигательную область коры, которая приводит в действие необходимые мышцы руки. Таким образом, сигналы, поступающие от глаз через зрительный нерв, приводят к генерированию шквала сложных сообщений, которые мгновенно передаются из одной части мозга в другую и обратно.

Мы еще не коснулись того, как зрительная информация интегрируется с информацией от других органов чувств и как складывается всеобъемлющая чувственная картина мира или как эта картина остается в памяти.

Слепота не всегда является результатом повреждения глаз. Она может наступить при повреждении областей мозга, отвечающих за обработку зрительной информации, например в результате инсульта.
Любопытно, что некоторые люди, которые не могут ничего видеть и считают себя слепыми, способны правильно «угадывать», кто сидит за столом перед ними, или правильно выбирать предмет, когда их просят об этом. Такое «слепозрение» показывает, что мы можем видеть предметы, не осознавая этого. По всей видимости, существует как минимум два пути обработки зрительной информации в мозге, один из которых является осознанным, а другой нет.

Наши глаза постоянно движутся, фокусируясь на разных частях поля зрения, а мозг складывает эти части в цельную картину.

При синестезии палитра чувственных восприятий перемешивается. Смешение происходит не в органах чувств, а в мозгу, хотя, как и где именно, неясно.

Синапсы бывают не только нервно-мышечными. Они имеются также в местах прилегания нервных и железистых клеток, а также, что важнее, между самими нервными клетками. В головном мозге несколько сотен триллионов синапсов, а в спинном мозге — еще многие миллионы. Типичный нейрон головного мозга контактирует с несколькими тысячами других клеток. Именно эта невероятная мозаика соединений лежит в основе сложного поведения высших животных, включая вас и меня.
Одни синапсы являются возбуждающими, в них нейромедиатор вызывает возбуждение следующей клетки, стимулирует передачу импульса, другие — тормозящими, в которых нейромедиатор выключает следующую клетку в цепочке, подавляет ее активность.

Большинство нервных клеток получают одновременно множество возбуждающих и тормозящих сигналов, и их реакция определяется балансом сил противоположных сигналов. В таких системах распределение сигналов во времени имеет критическую важность.

Если в нервно-мышечных синапсах основным нейромедиатором является ацетилхолин, то в мозге масса других нейромедиаторов и их рецепторов. Основной возбуждающий нейромедиатор в мозге — глутамат натрия, который лучше известен как искусственный усилитель вкуса, добавляемый во многие блюда китайской кухни.
Избыток глутамата вызывает чрезмерное возбуждение целевых клеток и может приводить к их гибели. Глутамат, таким образом, представляет собой двуликое вещество, которое принципиально важно для нормальной активности мозга, но способно полностью разрушать нервные клетки.

Основным тормозящим нейромедиатором в головном мозге является гамма-аминомасляная кислота (ГАМК), а в спинном мозге — глицин.

Нарушение естественного функционирования любого из нейромедиаторов этой троицы или его рецептора в результате приема лекарств или воздействия токсина приводит к возникновению множества проблем.

Мысли и чувства определяются потоками химических веществ в головном мозге и вызываемыми ими изменениями характера электрической активности. С этим все же придется согласиться, учитывая, что наркотики, гормоны, (вакцины) и заболевания, которые влияют на концентрацию нейромедиаторов в головном мозге, оказывают на нас очень сильное действие, изменяя эмоции и поведение.

Все, что приносит наслаждение, стимулирует «центр удовольствия» головного мозга. Он состоит из нескольких четко локализованных областей мозга, включая прилежащее ядро, миндалевидное тело и вентральную область покрышки, которые связаны вместе группой нервных клеток, известных как медиальный переднемозговой пучок. Дофамин, один из самых важных нейромедиаторов в головном мозге, принимает непосредственное участие в формировании чувства желания и пристрастия.
Чувственные наслаждения, такие как секс, любовь и еда, инициируют выброс дофамина в центре удовольствия мозга, который повышает электрическую активность нервных клеток, усиливает чувство наслаждения и заставляет нас съесть еще кусочек шоколада или выпить еще бокал вина, который иногда бывает лишним.
Многие фармакологические средства, вызывающие зависимость, повышают концентрацию дофамина в центре удовольствия и, таким образом, приводят к появлению чувства эйфории.
Пристрастие, таким образом, это влечение мозга, и все, что чрезмерно стимулирует центр удовольствия, способно вызывать зависимость.

Никотин воздействует на ацетилхолиновые рецепторы в местах сопряжения нервов и скелетных мышц, а также в определенных нервнонервных синапсах в головном мозге. Присоединение никотина к ацетилхолиновым рецепторам, как и присоединение самого ацетилхолина, открывает ионный канал, который пропускает ионы натрия в нервную клетку и, таким образом, вызывает генерирование электрического импульса.

Именно способность активировать определенные нейроны мозга позволяет наркотику действовать как стимулятор и, подобно кофеину, помогать человеку сконцентрироваться, несмотря на усталость. А зависимость он вызывает потому, что стимулирует также нервные клетки в центре удовольствия головного мозга.
Заядлые курильщики устраивают перекуры с такой частотой, которая обеспечивает поддержание постоянной концентрации никотина в крови и мозге и, таким образом, постоянного уровня возбуждения нейронов. Тем людям, у которых в силу генетических особенностей понижен уровень фермента печени, разрушающего никотин, и наркотик медленнее выводится из крови, требуется меньше сигарет для получения такого эффекта.

Окситоцин принципиально важен для создания прочной пары, Окситоцин вызывает выделение дофамина, и партнеры, как предполагается, живут в согласии, получая взаимное удовольствие.
Он выделяется во время секса и кормления грудью и может способствовать укреплению привязанности влюбленных, а также матери и ребенка. Он, помимо прочего, углубляет доверие между людьми — очень важный компонент любовных отношений.

Вазопрессин не менее важен для формирования пары, особенно в случае самцов. Он, помимо этого, провоцирует агрессивное поведение у самцов полевок в отношении соперников во время ухаживания и при защите гнезда. С вазопрессином связано и агрессивное поведение у людей.

Дофамин, этот властитель наслаждений и пристрастий, тоже занимает важное место в романтической любви

Счастье и отчаяние — это два лица нейромедиатора серотонина. Серотонин вырабатывается нейронами ядер шва головного мозга, отростки которых разветвляются по всему мозгу.
В число их мишеней входят прилежащее ядро и вентральная область покрышки, т.е. части центра удовольствия мозга. Поскольку серотонин выделяется во многих областях мозга и взаимодействует как минимум с 14 видами рецепторов, он оказывает влияние на многие типы поведения, однако его самая важная роль — это управление настроением. При повышенном уровне серотонина наблюдается чувство оптимизма, удовлетворенности и душевного равновесия. Когда его слишком мало, мы впадаем в отчаяние, депрессию, тоску, апатию и ощущаем собственную неполноценность.
Один из способов повышения уровня серотонина — энергичные физические упражнения.
Самым печально известным наркотиком, взаимодействующим с серотониновыми рецепторами, является, пожалуй, ЛСД. ЛСД — один из самых известных галлюциногенов. Он оказывает необычайно сильное воздействие на слуховое и зрительное восприятие. все сводится к изменению электрической активности мозга.

Общепризнанно, однако, что наша эмоциональная реакция на ту или иную ситуацию сильно зависит от прошлого опыта. Память играет ключевую роль в определении того, что мы чувствуем, а сохранение воспоминаний, связанных с эмоциями, происходит в миндалевидном теле, двух миндалевидных областях мозга, которые расположены в задней части головы. В миндалевидном теле также сохраняется память о вознаграждении и страхе.

Одна из областей мозга, имеющих ключевое значение для запоминания, называется гиппокамп из-за сходства по форме с морским коньком, Hippocampus. Гиппокамп особенно важен для пространственной памяти — нашей способности узнавать места.
Гиппокамп жестко связывает чувственные образы и впечатления, позволяя «воспроизвести» картину из памяти.
Повреждение этой части мозга влияет на нашу способность запоминать новую информацию. В запоминании, однако, участвует не только гиппокамп. Миндалевидное тело также играет определенную роль в закреплении воспоминания. Сможем ли мы вспомнить событие, зависит от того, насколько оно интересно нам, и от сопутствующих эмоциональных ассоциаций.

Формирование воспоминаний, по всей видимости, связано с изменением физической структуры мозга.
Если его когда-то считали неподвижной структурой, то сейчас ясно, что это не так — мозг обладает невероятной способностью адаптироваться. Каждый день в нем возникают новые связи между нервными клетками, а существующие связи укрепляются или исчезают.
Этот процесс, называемый синаптической пластичностью, является физической основой обучения и запоминания.

Нитевидные отростки — дендриты — нервных клеток в мозге покрыты тончайшими выростами с шарообразными окончаниями, которые называют шипиками. На отдельно взятом дендрите их количество может исчисляться тысячами. Дендритные шипики являются местами, где образуются синаптические соединения, и именно здесь закрепляются воспоминания.

Технические навыки хранятся в памяти отдельно и не анализируются гиппокампом.

Болезнь Альцгеймера приводит к потере нейронов и синаптических связей в коре головного мозга и в конечном итоге к уменьшению размера мозга. Внутри нервных клеток появляются клубки так называемого таубелка, а в пространстве между нервными клетками формируются плотные амилоидные бляшки. Являются ли они причиной или следствием гибели клеток, неизвестно. Электрическая активность мозга явно нарушается, но происходит ли это в результате потери нервных клеток и заметного сокращения числа дендритных шипиков или в результате ухудшения коммуникации между нервными клетками, неясно.

Сон связан с характерным изменением электрической активности нашего мозга, однако это не простое глобальное подавление функционирования нервных клеток, а высокоорганизованный феномен.
Хотя обычно сон представляется нам как единообразное состояние, на самом деле в нем выделяются две четко различимых фазы: фаза быстрого сна с быстрым движением глаз и фаза медленного сна с медленным движением глаз. На протяжении всей ночи периоды быстрого сна чередуются с периодами медленного сна. Каждый цикл длится примерно 90 минут, и человек проходит через них за ночь четыре-пять раз.
В совокупности около 25% времени, которое мы проводим во сне, т.е. от полутора до двух часов за ночь, приходится на фазу быстрого сна, продолжительность которой увеличивается с каждым циклом по мере приближения утра
Как ни удивительно, но после примерно часового пребывания в глубоком сне наше состояние резко изменяется. Хотя тело по-прежнему остается в глубоком сне, мозг, похоже, просыпается, и на ЭЭГ начинается буйство быстрых низковольтных высокочастотных волн. Многие области мозга активируются, а особенно высокой становится активность областей, связанных с эмоциями, таких как миндалевидное тело. Это время интенсивных сновидений, и если вы проснетесь в этот момент, то, скорее всего, сможете вспомнить их.
Мышцы остаются парализованными под действием тормозящих сигналов, посылаемых стволом мозга, иначе мы могли бы нанести себе вред, действуя под влиянием сновидений. Активность сохраняют (к нашему счастью) только дыхательные мышцы и мышцы глаз, которые связаны непосредственно с головным мозгом и, таким образом, избегают тормозящего воздействия ствола мозга. Возникает шквал быстрых движений глаз, именно поэтому этот период называют фазой быстрого сна.
Когда человек выходит из фазы быстрого сна, контроль над мышцами автоматически восстанавливается. Изредка у людей это происходит не сразу, и они могут чувствовать себя временно парализованными — очень неприятное ощущение.
Сон, таким образом, представляет собой динамическую активность. Мозг не выключается, а перестраивает свою активность.
Сон важен для переноса информации в долговременную память. Мозг словно вспоминает произошедшее, хотя и непонятно, с чем связано это воспроизведение — с формированием долговременной памяти или с переносом воспоминаний из гиппокампа в другие области мозга.

Морфин и героин, сходный с ним по структуре, принадлежат к классу наркотиков, называемых опиатами.
Они присоединяются к опиоидным рецепторам в головном и спинном мозге, перекрывая кальциевые каналы и подавляя выделение нейромедиаторов и электрическую активность нейронов. вызывают выработку эндорфинов (этот термин образован из двух слов — эндогенный и морфин), вырабатываемых организмом химических веществ, которые выделяются в ответ на боль. Они также вызывают чувство бодрости и хорошего состояния при занятии бегом и других видах интенсивной физической нагрузки.
Как и синтетические опиаты, эндорфины подавляют электрические импульсы в болевых нервных клетках.

Хотя общий наркоз делают тысячам людей в мире ежедневно, мы все еще слабо понимаем, как он работает, и то, каким образом в результате наркоза отключается сознание, остается одной из величайших загадок нейрофизиологии.
Последние данные говорят о том, что наркоз подавляет электрическую активность мозга путем взаимодействия с ионными каналами.

Предполагается, что наркоз стабилизирует определенное конформационное состояние канала, заполняя «полости» в самой белковой молекуле или встраиваясь между белком и липидной мембраной, в которой он находится. Одни анестетики, похоже, открывают ионные каналы, которые подавляют электрическую активность клеток мозга, например ГАМК-каналы, глициновые рецепторы и калиевые каналы.
Другие анестетики блокируют синаптическую передачу, подавляя функцию возбуждающих глутаматных рецепторов.

Большинство ученых сейчас соглашаются с тем, что сознание является результатом электрической активности мозга, а она, в свою очередь, является результатом активности белков — ионных каналов."