В отличие от других клеток, нейроны способны резко изменить заряд на своей мембране. Такое состояние называется генерацией потенциала действия, или импульсной активностью нейрона, или возбуждением нейрона. Генерация потенциала действия, в отличие от всех других колебаний заряда, происходит только в одном месте мембраны нейрона — в начальном сегменте аксона, или аксонном холмике. Это связано с наличием на данном участке мембраны большого числа каналов, пропускающих ионы натрия внутрь клетки. Массированный вход положительно заряженных ионов натрия приводит к резкому изменению заряда на мембране, и приблизительно на одну-две миллисекунды нейрон становится положительно заряженным относительно экстраклеточной жидкости.
Как неоднократно было замечено у нейронов разных типов, генерация потенциала действия происходит и тогда, когда нейрон изолирован от своих соседей или даже извлечен из мозга и помещен в питательную среду, то есть при отсутствии возможных синаптических входов от других нейронов. Впервые такие нейроны были обнаружены у беспозвоночных ещё в первой половине XX века. Эти наблюдения легли в основу представления о так называемых генераторах центрального паттерна — нейронах, активность которых лежит в основе моторных движений разного типа: ходьба, полёт, плавание и т. п.
Нейроны, как и любые другие клетки (даже растительные), обладают электрическими свойствами, а именно зарядом на клеточной мембране, который образуется из разности распределения заряженных ионов внутри и снаружи клетки. Все клетки, пока они живы, непрерывно демонстрируют колебания величины этого заряда. Если пренебречь этими небольшими колебаниями, то можно считать, что мембрана находится в покое. Такое состояние мембраны называется потенциалом покоя.
Генерация потенциала действия приводит к распространению возбуждения по клетке. В середине прошлого века двумя британскими ней-рофизиологами и биофизиками, Аланом Ходжкиным и Эндрю Хаксли, было продемонстрировано распространение возбуждения вдоль аксона кальмара. Им удалось зарегистрировать внутриклеточный потенциал действия и продемонстрировать его форму. Они показали, что развитие потенциала действия начинается с проникновения ионов натрия внутрь клетки, после чего ионы калия начинают покидать нейрон. Позднее было установлено, что распространение потенциала действия может осуществляться во всех направлениях, в том числе к дендритам. Такое явление было названо обратным распространением потенциала действия. Установлено, что это явление свойственно многим корковым нейронам, нейронам гиппокампа и мозжечка.
Когда появилась техническая возможность изучать активность нейронов у живых организмов, а не только на срезах мозга или препаратах, то оказалось, что она специфически связана с поведением, которое в момент исследования демонстрирует организм. В настоящее время известно, что в мозге можно обнаружить нейроны, проявляющие специфическую активность, например, при предъявлении человеку изображения определённого персонажа, известного здания и прочего.
Алан Хождкин и Эндрю Хаксли получили Нобелевскую премию в 1963 году за открытия в области ионных механизмов возбуждения и торможения в периферической и центральной частях мембран нервных клеток.
#нейрон #нейробиология #мозг #нейронныесети
