Наскоро публикуваната книга Driving Mr. Albert разказва истинската история на патолога Томас Харви, който през 1955 г. извършва аутопсия на Алберт Айнщайн. След като завършил работата, Харви непочтително отнесъл мозъка на учения у дома, където го държал в пластмасов буркан с дезинфектант в продължение на 40 години. От време на време патологът дава малки участъци от мозъчна тъкан на изследователи от различни части на света, които се опитват да разберат причините за гениалността на Айнщайн. Когато Харви беше на 80 години, той натовари останките от мозъка си в багажника на своя Buick и ги отнесе обратно на внучката на гения.
Един от тези, които са изучавали участъци от мозъчната тъкан на Айнщайн, е Мариан Даймънд (Мариан С. Даймънд), авторитетен хистолог от Калифорнийския университет в Бъркли. Тя установи, че броят и размерът на нервните клетки (невроните) в мозъка на велик физик не се различават от мозъка на обикновен човек. Но в асоциативната област на кората, отговорна за най-високите форми на умствена дейност, Даймънд откри необичайно голям брой спомагателни елементи на нервната тъкан - невроглия (глия) клетки. В мозъка на Айнщайн тяхната концентрация е много по-висока, отколкото в главата на обикновения Алберт.
Любопитно съвпадение? Може би. Но днес учените получават все повече и повече доказателства, че глиалните клетки играят много по-важна роля в мозъчната дейност, отколкото се смяташе досега. В продължение на много десетилетия цялото внимание на физиолозите беше насочено към невроните - основните, според тях, приемопредаватели на мозъка. Въпреки че има 9 пъти повече глиални клетки от невроните, учените им отреждат скромна роля като елементи, които поддържат жизнената дейност на мозъка (транспорт на хранителни вещества от кръвоносните съдове до невроните, поддържане на нормален баланс на йони в мозъка, неутрализиране на патогенни микроби които са се изплъзнали от преследването на имунната система и др. d.). Междувременно поддържаните от глия неврони са били свободни да комуникират помежду си чрез малки контактни точки (синапси) и да образуват най-сложните мрежи от връзки, чрез които мислим, помним миналото или изпитваме радост.
Не е известно колко дълго щеше да съществува подобен модел на структурата на мозъка, ако не бяха наскоро откритите факти, които показват, че през целия живот на човека (от периода на ембрионално развитие до дълбока старост) невроните и глията провеждат много оживен диалог. Глия влияе върху образуването на синапси и помага на мозъка да определи кои невронни връзки се засилват или отслабват с времето (тези промени са пряко свързани с процесите на комуникация и дългосрочната памет). Последните проучвания показват, че глиалните клетки комуникират помежду си, засягайки дейността на мозъка като цяло. Невролозите полагат големи грижи да дадат на глията нови сили. Но може да си представите колко се вълнуват при мисълта, че голяма част от нашия мозък е почти неизследвана и следователно все още може да разкрие много тайни.
Глиалните клетки комуникират с невроните
Мислим за нервната система като за мрежа от проводници, свързващи неврони. Всеки неврон е снабден с един дълъг процес - аксон, който пренася електрически сигнали от тялото на неврона до разширените области в края му - терминалите на аксона. Всеки терминал освобождава в синаптичната цепнатина молекули на химичен носител - невротрансмитер, които достигат до съответните рецептори на къси разклонени израстъци (дендрити) на съседния неврон. Пространствата между невроните и аксоните са пълни с различни глиални клетки. По времето, когато Айнщайн умря, невролозите вече подозираха, че глиалните клетки участват в обработката на информация, но нямаха доказателства. Накрая оставиха глията на мира.
Причината, поради която учените не са успели да открият сигнализация между глиални клетки, се дължи отчасти на несъвършени техники. Но главните виновници за неуспехите бяха самите изследователи, които погрешно вярваха, че ако глиалните клетки са надарени със способността да комуникират, тогава те трябва да обменят информация точно по същия начин като невроните - с помощта на електрически сигнали. Предполага се, че глиалните клетки също трябва да генерират електрически импулси (потенциали на действие), които стимулират освобождаването на невротрансмитери в синаптичната цепнатина, което от своя страна предизвиква импулси в други клетки. Изследователите откриха, че глиалните клетки имат няколко вида йонни канали, отговорни за генерирането на електрически сигнали в аксоните, но те предположиха, че тези канали са необходими на глията просто за усещане на нивото на активност на близките неврони. Установено е, че мембраната на глиалните клетки не притежава свойствата, необходими за провеждане на акционни потенциали. Невролозите обаче са пренебрегнали един факт, който е открит само от съвременните методи на изследване: глиалните клетки комуникират помежду си, използвайки химически, а не електрически сигнали.
Важен принос за разбирането на механизмите, които позволяват на глията да разпознава невронната активност, беше направен в средата на 90-те години, когато учените откриха рецептори в мембраните на глиалните клетки, които реагират на различни химикали, включително невротрансмитери. Това откритие ги кара да вярват, че глиалните клетки могат да комуникират една с друга, използвайки сигнали, които не се разпознават от нервните клетки.
Експериментално е установено, че индикаторът за активиране на глиалните клетки е усвояването на калций от тях. Въз основа на това наблюдение учените разработиха метод за визуално определяне дали крайните Schwann клетки (един от видовете глиални клетки, които обграждат синапсите в областта, където нервите контактуват с мускулните клетки) са чувствителни към нервните сигнали, идващи към тези синапси. Беше показано, че клетките на Шван действително реагират на синаптични импулси и че такава реакция е придружена от проникване на калциеви йони в тях.
Но дали участието на глията в невронните процеси е ограничено само до „подслушване“ на невронни комуникации? В края на краищата клетките на Шван обграждат аксоните както в областта на синапсите, така и по дължината на нервите в различни части на тялото, докато друг тип глиални клетки (олигодендроцити) образуват обвивки около аксоните в централната нервна система (т.е. в мозъка и гръбначния стълб шнур). Изследователи от лабораторията на NIH се заеха да разберат дали глията може също да проследява нервни сигнали, които се разпространяват по аксоните в нервните вериги. И ако такава комуникация между глията и невроните съществува, какви механизми стоят в основата й и, което е по-важно, как "подслушаните" от тях нервни съобщения влияят върху работата на глиалните клетки?
За да отговорим на тези въпроси, култивирахме миши сензорни неврони (дорзален радикуларен ганглий или DRG клетки) в специални лабораторни чинии с електроди, които могат да се използват за индуциране на потенциали за действие в аксоните. Добавихме Шванови клетки към някои блюда с неврони и олигодендроцити към други. Беше необходимо едновременно да се контролира активността на двата аксона и глията. Ние наблюдавахме активността на нервните и глиалните клетки визуално чрез въвеждане на багрило в тях, което трябва да флуоресцира, когато се свърже с калциеви йони. Когато нервен импулс се движи надолу по аксона, волтаж-зависимите йонни канали в невронната мембрана се отварят и калциевите йони навлизат в клетката. Следователно разпространението на импулси по аксоните трябва да бъде придружено от зелени светкавици вътре в невроните. Тъй като концентрацията на калций в клетката се увеличава, флуоресценцията трябва да стане по-ярка. Неговият интензитет може да бъде измерен с помощта на фотоумножителна тръба и изкуствено оцветени изображения на светеща клетка могат да бъдат възпроизведени в реално време на екрана на монитора. Ако глиалните клетки реагират на нервни сигнали и абсорбират калциеви йони от околната среда в този момент, те също трябва да светят - само малко по-късно от невроните.
Седейки в сенчеста стая, взирайки се напрегнато в екрана на монитора, биологът Бет Стивънс и аз се канехме да започнем експеримент, чиято подготовка ни отне няколко месеца. Когато стимулаторът беше включен, DCG невроните незабавно реагираха с промяна на цвета: тъй като концентрацията на калций в техните аксони се увеличи, те се превърнаха от сини в зелени, след това в червени и накрая станаха бели. Първоначално нито клетките на Schwann, нито олигодендроцитите показаха някакви промени, но след 15 дълги секунди започнаха да светят като светлините на коледната елха. По някакъв неизвестен начин глиалните клетки усетиха, че импулси преминават през аксоните и реагираха на това събитие, като увеличиха концентрацията на калций в цитоплазмата.
Глиалните клетки комуникират помежду си
Успяхме да покажем, че глията е в състояние да разпознае импулсната активност в аксоните, като реагира на нея чрез абсорбиране на калций. В невроните активира ензимите, отговорни за производството на невротрансмитери. Вероятно притокът на калций в глиалните клетки също предизвиква активиране на ензими, свързани с развитието на някакъв вид реакция. Но какво?
Изследването на друг вид глиални клетки - астроцити, които транспортират хранителни вещества от капилярите до нервните клетки и поддържат оптималното ниво на йони, необходими за генериране на нервни импулси в околната среда около невроните (включително отстраняване на излишните невротрансмитери и йони, освободени от невроните по време на импулси ), ще помогне да се отговори на този въпрос. През 1990 г. Стивън Смит от Йейлския университет показа, че ако невротрансмитерът глутамат се добави към астроцитната култура, концентрацията на калций в клетките се увеличава драстично. Клетките се държат така, сякаш невротрансмитер току-що е бил освободен от неврон и те разгорещено обсъждат помежду си задействането на неврони, което го е причинило.
Някои невролози са се опитали да открият дали комуникацията на глиалните клетки не е резултат от просто движение на калциеви йони или свързани с него сигнални молекули от един астроцит към следващия през отворената врата, която ги свързва. През 1996 г. Бен Катер от университета в Юта опроверга това предположение. Използвайки остър микроелектрод, той разрязва слоя от астроцити в културата на две части, оставяйки празнина между тях, която не съдържа клетки и разделя популацията от астроцити. Когато концентрацията на калций в клетките от едната страна на среза се увеличи, същото се случи и от другата страна. Така се оказа, че астроцитите изпращат сигнали един към друг през извънклетъчната среда.
АТФ като химически пратеник
Разкритите модели доведоха изследователите в объркване. Комуникацията на глиалните клетки, както и на невроните, се контролира от калциеви токове. Въпреки това, ако промените в нивото му в невроните предизвикват електрически импулси, то в глията не го правят. Възниква въпросът: дали движението на калциевите йони в глията е било инициирано от някакъв друг електрически феномен? И ако не, какво е естеството на механизма?
Когато учените експериментираха с глия, познатата молекула аденозин трифосфат (АТФ) постоянно се появяваше в полезрението. Като основен източник на енергия в живите клетки, АТФ има много характеристики, които го правят идеален за ролята на химичен посредник между клетките. В околната среда се намира в големи количества, а в извънклетъчното пространство е в малки количества. Поради малкия си размер, молекулата е способна на бърза дифузия и лесно се разрушава от ензими. Освен това, АТФ присъства в терминалите на аксона, където нормално се съхраняват невротрансмитерните молекули, и може да бъде освободен в синаптичната цепнатина.
През 1999 г. Питър Б. Гътри и неговите сътрудници от Университета на Юта показаха, че астроцитите освобождават АТФ в околната среда, когато са развълнувани. След това се свързва с рецепторите на съседните астроцити, причинявайки отваряне на йонни канали и позволявайки на калция да се придвижи в клетките. На свой ред повишаването на нивото на калций в клетките ги кара да освобождават нови порции АТФ в извънклетъчната среда - така се инициира верижна реакция в популацията на астроцитите, свързана с промяна във вътреклетъчното ниво на калций и медиирана от ATP.
 Как комуникират глиалните клетки? Астроцитите (а) и сензорните неврони се поставят в културална среда, съдържаща калций. След като невроните започнаха да генерират аксонални (мълниеносни зигзагове) (b) импулси (потенциали на действие) под въздействието на електрическа стимулация, глията започна да флуоресцира - индикация, че глиалните клетки реагираха на това събитие чрез усвояване на калций. След 10 и 12,5 секунди (c и d), две огромни вълни на проникване на калций в клетките преминаха през цялата популация от астроцити. Увеличаването на концентрацията на калций в астроцитите се доказва от промяна в цвета им: отначало те бяха зелени, след това станаха сини и накрая червени. |
В резултат на наблюденията се ражда модел, който дава възможност да се обясни способността на близката до аксона глия да разпознава невронната активност и след това да предава съобщения на други глиални клетки около синапса. Задействането на неврони индуцира глиалните клетки, заобикалящи аксона, да освобождават АТФ, което кара калция да бъде погълнат от съседните глиални клетки. Това стимулира освобождаването на нови части от АТФ, което активира предаването на съобщение по дълга верига от глиални клетки, понякога на значително разстояние от неврона, който инициира цялата последователност от тези събития. Но как глиалните клетки, участващи в нашия експеримент, успяха да разпознаят невронни импулси - все пак аксоните не образуват синаптични контакти с глията и в областта на синапса нямаше глиални клетки? Феноменът не може да се обясни с участието на невротрансмитери: те не дифундират от аксоните. Може ли да е причинено от изтичане на АТФ от аксоните?
За да тестваме хипотезата, решихме да проведем електрическа стимулация на чисти култури на DCG аксони и последващ химичен анализ на хранителната среда. Използвайки ензима, отговорен за блясъка на корема при бръмбарите светулки (тази реакция изисква участието на АТФ), ние наблюдавахме блясъка на средата по време на разпространението на импулса по аксоните, което показва освобождаването на АТФ от тях. След това добавихме клетки на Шван към културата, които също започнаха да светят, след като потенциалите за действие преминаха през аксоните. Но когато добавихме към средата ензима апираза, който бързо унищожава АТФ и му пречи да достигне клетките на Шван, глията остава тъмна по време на аксоналните импулси. По този начин съдържанието на калций в клетките на Schwann не се променя, тъй като те не получават ATP сигнала.
АТФ, освободен от аксоните, всъщност стимулира транспортирането на калций в Швановите клетки. Използвайки биохимичен анализ и дигитална микроскопия, успяхме да покажем, че в резултат на това събитие сигналните молекули се преместват от клетъчната мембрана към ядрото и тук включват различни гени. Така открихме поразителен факт: чрез генериране на импулси, предназначени да комуникират с други неврони, нервната клетка и нейният аксон могат да повлияят на четенето на гени в глиална клетка и по този начин да променят нейното поведение.
Аксоните определят съдбата на глиалните клетки
Какви функции на глията могат да се контролират от гени, включени от ATP? Те казват ли на глиалните клетки да действат по начини, които засягат невроните около тях? Стивънс се опита да отговори на въпроса, като насочи вниманието към процеса, който насърчава образуването на миелинова изолираща обвивка около аксоните. Благодарение на него аксоните са в състояние да провеждат нервни импулси с голяма скорост на значителни разстояния. Неговото образование позволява на бебето да държи главата си все по-здраво в изправено положение, а унищожаването поради определени заболявания (например множествена склероза) превръща човек в човек с увреждания.
Ние се заехме да разберем как една незряла клетка на Шван, разположена на аксон в периферната нервна система на плода или бебето, знае дали процесът се нуждае от миелинизация и кога да започне да го повива с миелин. Или, напротив, трябва да се превърне в клетка, която няма да изгради миелинова обвивка? Най-общо казано, само аксоните с голям диаметър се нуждаят от миелин. Могат ли аксоналните нервни импулси или освобождаването на АТФ да повлияят на селекцията на Шванови клетки? Открихме, че Schwann клетките в културата пролиферират по-бавно, когато са заобиколени от запалени, а не от безшумни аксони. Нещо повече, те спряха развитието си и спряха производството на миелин. Добавянето на АТФ дава същите ефекти.
И Виторио Гало от близката лаборатория на NIH, изучавайки олигодендроцитите, които образуват миелиновите обвивки около аксоните в мозъка, откри много различна картина. АТФ не инхибира клетъчната пролиферация, но аденозинът (вещество, в което се превръща молекулата на АТФ, след като остатъците от фосфорна киселина се отцепят от нея) стимулира клетъчното съзряване и производството на миелин.
Разбирането на механизмите на миелинизация е от съществено значение. Болестите, които разрушават миелиновата обвивка, отнемат хиляди животи всяка година и причиняват парализа и слепота. Не е известно кой фактор инициира миелинизацията, но аденозинът е първото вещество с "аксонален произход", за което е доказано, че стимулира този процес. Фактът, че аденозинът се освобождава от аксоните в отговор на разпространението на импулси, означава, че електрическата активност на мозъка наистина влияе върху процеса на миелинизация. Подобни открития ще помогнат на учените да търсят лекарства за лечение на демиелинизиращи заболявания. Може би лекарства, които приличат на аденозин в тяхната химическа структура, ще бъдат ефективни. И е възможно добавянето на аденозин към културата на стволови клетки да ги превърне в миелинизиращи глиални клетки, които могат да се използват като трансплантанти.
Излизане от невронни мрежи
Участието на глията в регулирането на невронните функции ограничено ли е от образуването на миелинова обвивка около аксоните? Очевидно не. Ричард Робитайл от университета в Монреал установи, че големината на електрическия потенциал, генериран в мускул на жаба чрез стимулиране на синапс, се увеличава или намалява в зависимост от това кои химикали той инжектира в клетките на Шван, заобикалящи този синапс. Когато Ерик А. Нюман от Университета на Минесота докосна ретината на плъх, „калциевите сигнали“, изпратени от глията, промениха скоростта на изстрелване на оптичните неврони. И Майкен Недергаард от Нюйоркския колеж по медицина, който изследва участъци от хипокампуса на плъхове, област от мозъка, участваща в процесите на паметта, наблюдава повишаване на електрическата активност на синапсите в момент, когато околните астроцити повишават усвояването на калций. Такива промени в ефективността на синапсите се считат от учените за основен фактор за пластичността на нервната система, тоест нейната способност да променя реакции въз основа на минал опит, и следователно глията може да играе важна роля в клетъчното обучение и процеси на паметта.
Бен Барес от Станфордския университет установи, че ако невроните се отглеждат от ретината на плъх в лабораторна култура, която не съдържа астроцити, върху невроните се образуват много малко синапси. Когато ученият добави астроцити към културата или просто средата, в която астроцитите са били разположени преди това, синапсите се появяват в голям брой. След това той откри наличието в околната среда на два химикала, освободени от астроцитите, за да стимулират образуването на синапс, мастен комплекс, наречен apoE/холестерол, и протеин, наречен тромбоспондин.
Малко по-късно Льо Тиан и Уесли Томпсън от Тексаския университет в Остин изследвали мишки, които били инжектирани с вещества, които карали клетките на Шван да флуоресцират. Това им позволи да наблюдават със собствените си очи активността на глиалните клетки в областта на контактите между нервите и мускулните влакна. След като учените прерязаха аксона, водещ към мускула, нервно-мускулната връзка изчезна, но група невротрансмитерни рецептори остана от неговата „мускулна страна“. Изследователите, разбира се, знаеха, че аксонът може да расте обратно към рецепторите, които е изоставил. Но как ще намери пътя до тях?
Наблюдавайки флуоресценцията, Томпсън видя, че клетките на Шван, обграждащи непокътнатите синапси, усетиха, че съседният синапс е в беда. След това те единодушно пуснаха процеси в неговата посока, протегнаха ръка към увредения синапс и образуваха нещо като мост, през който аксонът можеше да изпрати нова проекция към своя синапс (виж снимката). Тези открития показват, че глията помага на невроните да определят къде да направят синаптични връзки. Днес учените се опитват да използват тази способност на глията за лечение на наранявания на гръбначния мозък: те трансплантират Schwann клетки в увредени области на гръбначния мозък на лабораторни животни.
Във връзка с описаните по-горе наблюдения остро възниква един проблем. Поемането на калций се разпространява в популацията на астроцитите като вълни от фенове, хванати за ръце, които се търкалят през стадион. Такава приятелска реакция е ефективна за контролиране на работата на цялата група клетки, но е твърде груба за предаване на сложни съобщения. Принципът на "всички като един!" може да бъде полезно за координиране на цялостната дейност на мозъка по време на цикъла сън-бодърстване, но за да навлязат във всички тънкости на обработката на информацията, глиалните клетки трябва да могат да "говорят" с техните непосредствени съседи.
Стивън Смит предполага, че невроните и глиалните клетки могат да водят разговори помежду си по „по-интимен“ начин. Експерименталните методи, с които учените разполагаха по онова време, не им позволяваха да прилагат невротрансмитери в толкова незначителни дози, които да възпроизвеждат истинските „преживявания“ на астроцит, разположен близо до синапса. Philip G. Haydon от Университета на Пенсилвания успя да постигне това едва през 2003 г. с помощта на модерен лазерен метод за прилагане на невротрансмитери. Ученият стимулира освобождаването на толкова незначително количество глутамат в участъци от хипокампуса, че само един астроцит може да открие. В същото време Хейдън наблюдава, че астроцитите изпращат специфични калциеви сигнали само до малък брой астроцити, които го заобикалят. Изследователят предположи, че заедно с "калциевите вълни", които имат мащабен ефект, "съществуват връзки с малък обсег между астроцитите". С други думи, различни вериги от астроцити в мозъка координират своята дейност в съответствие с активността на невронните вериги.
Констатациите, описани по-горе, накараха Хейдън, автора на тази статия, да формулира работна хипотеза, че сигнализирането помага на астроцитите да активират неврони, чиито аксони завършват на относително голямо разстояние от тях. И също така да се твърди, че това активиране насърчава освобождаването на невротрансмитери от отдалечени синапси. Това позволява на астроцитите да регулират готовността на отдалечените синапси да променят своята сила (ефективност), което е клетъчната основа на паметта и процесите на учене.
Резултатите от изследванията, представени на годишната среща на Обществото по невробиология през ноември 2003 г., подкрепят тази хипотеза и дори показват участието на глията във формирането на нови синапси. Трябва да се спомене работата на Ben A. Barres и Frank W. Pfrieger от Станфордския университет преди две години, които съобщават, че култивираните неврони на плъхове образуват повече синапси в присъствието на астроцити. Впоследствие служители от лабораторията на Барес откриха, че протеинът тромбоспондин, вероятно от астроцитен произход, действа като химически пратеник и стимулира образуването на синапси. Колкото повече този протеин се добавя към културата на астроцитите, толкова повече синапси се появяват върху невроните. Възможно е тромбоспондинът да е отговорен за свързването на протеини и други съединения, необходими за образуването на синапси по време на растежа на млади невронни мрежи и следователно може да участва в модификацията на синапсите, когато тези мрежи са подложени на стареене.
Бъдещите проучвания ще разширят нашето разбиране за ефекта на глията върху невронната част на мозъка. Може би учените ще успеят да докажат, че нашата памет (или нейният клетъчен аналог, като дългосрочно потенциране) зависи от функционирането на синаптичните астроцити. Възможно е също така да се установи как сигналите, предавани по веригите на астроцитите, влияят на отдалечени синапси.
Сравнението на мозъка показва, че колкото по-висока е позицията на животните на "еволюционната стълба", толкова по-високо е съотношението между броя на глиалните клетки и невроните. Хейдън предполага, че увеличаването на свързаността на астроцитите може да подобри способността на животните да учат. В момента тази хипотеза се проверява експериментално. Възможно е високите концентрации на глиални клетки в мозъка и вероятно наличието на по-„ефективна“ глия в него да превърнат някои хора в гении. Айнщайн ни учи да мислим извън кутията. Неговият пример беше последван от учени, които се осмелиха да „излязат“ от невронните мрежи и най-накрая решиха да разберат каква роля играе невроглията в обработката на информация.
За автора:
Дъглас Фийлдс(R. Douglas Fields) - Ръководител на отдела за развитие и пластичност на нервната система в Националния институт за детско здраве и човешко развитие, както и помощник-професор в Университета на Мериленд (ръководител на отдела за развитие на невронауките и когнитивните науки програма). След защитата на докторската си дисертация работи в Йейлския и Станфордския университети.
Предадените съобщения под формата на последователно пристигащи импулси се движат по аксоните и невроните на централната нервна система от един неврон към друг, достигат до двигателните неврони и от тях отиват към изпълнителните органи (мускулите, жлезите).
Как става предаването на нервните импулси от един неврон на друг? На тънки участъци от мозъка при много голямо увеличение може да се види, че крайните разклонения на аксона не преминават директно в процесите на целевата нервна клетка. В края на разклонението на аксона се образува удебеляване като пъпка или плака; тази плака се доближава до повърхността на дендрита, но не го докосва. Разстоянието между предавател и приемник е незначително, но измеримо. Това е 200 ангстрьома, което е 500 хиляди пъти по-малко от сантиметър. Нарича се зоната на контакт между аксона и неврона, към която се адресират импулси синапс.
Оказва се, че синапси има не само върху дендритите, но и върху тялото на клетката. Броят им в различните неврони е различен. Цялото клетъчно тяло и началните участъци на дендритите са осеяни с пъпки. Това са крайните разклонения не само на един аксон, а на много аксони и следователно един неврон е свързан с много други нервни клетки. Извършена е усърдна работа за преброяване на броя на синаптичните окончания на един неврон. Някои клетки имаха по-малко от десет или няколко десетки, други имаха няколкостотин, а има неврони, на които бяха открити около 10 хиляди синапса! Пътят, по който преминава възбуждането в нервната система, зависи от синапсите и не само защото всеки неврон е свързан по строго определен начин със строго определен брой други неврони, но и поради едно от свойствата на синапса - законът за едностранното поведение.Оказало се, че импулсите преминават през синапса само в една посока – от аксона на една нервна клетка към тялото и дендритите на друга. По този начин дейността на синапсите допринася за установяването на ред в естеството на разпространението на възбуждането в нервната система.
Свързване на нервни клетки (синапси) при голямо увеличение.
Открито е и друго свойство на синапса: приложена е еднократна стимулация - импулси протичат по аксона и клетката мълчи; даде две поредни раздразнения - пак замълча и шест поредни проговори. Това означава, че възбуждането може постепенно да се натрупва, да се сумира и когато достигне определена стойност, приемащата клетка започва да предава съобщението по-нататък по своя аксон. И само ако раздразнението е силно и съобщението е изключително важно, приемащата клетка му реагира веднага. Въпреки това импулсите в аксона се появяват след определен, много малък период от време; освен това, ако нямаше синапс, импулсите вече щяха да избягат през това време на 10-20 см от тази клетка. Този период от време, период на мълчание, се нарича синаптично забавянеимпулс.
След като се запознахме със синапса, ние се сблъскахме с нови закони, различни от законите на нервната дейност. Очевидно тук протичат и други физиологични процеси. Но какво? Те протичат при „закрити врати” и дълго време са недостъпни за физиолозите. Всъщност, за да бъдат открити и изследвани, беше необходимо да се проучи как аксонът, различим само под микроскоп, и нервната клетка, с която е свързан чрез синаптичен контакт, комуникират помежду си.
Тук импулс минава по аксона, стига до плаката и спира пред синаптичната цепнатина. И тогава как? Импулсът не може да прескочи през пролуката. Тук на помощ на учения идват нови методи на изследване. С помощта на специален уред – електронен микроскоп, който дава увеличение сто хиляди пъти, във вътрешността на плаката са открити специални образувания, т.нар. синоптични мехурчета.Техният диаметър приблизително съответства на размера на синаптичната цепнатина. Наблюдението на тези мехурчета даде ключа към разбирането как импулсът преодолява необичайната за него гранична ивица. В момента, когато крайните разклонения на аксона са обхванати от входящото възбуждане, от синаптичните везикули се отделя специално химично вещество - посредник(посредник), в много синапси е биологично активно вещество ацетилхолин -и навлиза в синаптичната цепнатина. Натрупвайки се в празнината, това вещество действа върху мембраната на реципиентната клетка по същия начин, както дразненето, приложено върху нерв, увеличава неговата пропускливост; започва движението на йони и възниква вече познатата картина на биоелектрични явления. Необходимо е време за освобождаване на медиатора и възникване на ток през мембраната под негово въздействие. Това време е включено в синаптичното забавяне.
И така, след като се забави малко, електрическият импулс с помощта на определен химичен посредник се премести "от другата страна". Така? Какво се случва в клетката, преди тя да "проговори" и възбуждането й да се предаде по аксона й?
Тази тайна беше разкрита съвсем наскоро, благодарение на факта, че беше възможно да се проникне във вътрешността на неврона с електрод; докато невронът продължава да работи, сякаш нищо не се е случило. Такъв умел разузнавач се оказа тънък стъклен електрод под формата на микропипета, пълна с течност - електролит, съдържащ същите йони, които присъстват в клетката. Неговият тънък (по-малко от микрон) връх пробива невронната мембрана и се държи от нея като ластик. Така той улавя и предава на устройството всичко, което се случва в клетката.
Там се случва следното: под действието на медиатор върху мембраната възниква електрическо трептене под формата на бавна вълна, която продължава около една стотна от секундата (десет пъти по-дълго от импулса, преминаващ през всяка точка на нерва). ). Неговата особеност е, че не се разпространява в клетката, а остава на мястото на произхода си. Тази вълна се нарича постсинаптичен(след синапс) потенциал.Миниатюрни постсинаптични потенциали, възникващи в различни синапси на един и същи неврон или в един и същи синапс в отговор на импулси, идващи един след друг, се сумират, обобщават. Накрая, общият потенциал достига стойност, достатъчна да повлияе на пропускливостта на мембраната в едно много чувствително място - мястото, където аксонът напуска клетъчното тяло, т.нар. аксонов хълм.В резултат на това влияние импулсите започват да се предават по аксона и приемащата клетка се превръща в предавател. Процесът на сумиране отнема време и това време също е включено в синаптичното забавяне.
Изследването на характеристиките на сумирането на постсинаптичните потенциали показа, че това е много сложен процес. В клетката, в допълнение към потенциалите, чието развитие допринася за появата на разпространяващо се възбуждане, са открити потенциали с различен знак, които влияят на мембраната по обратен начин, потискайки импулсите в аксона. Първите бяха наименувани възбудни постсинаптични потенциали(VPSP), вторият - инхибиторни постсинаптични потенциали(TPSP).
Наличието на два противоположни процеса - вълнениеи спиране -и тяхното взаимодействие е основният закон на дейността на нервната система на всички нива на нейната организация. Ще се срещнем с проявлението на този закон повече от веднъж в бъдеще. Тук само отбелязваме - ако в клетката нямаше TPSP, какъв хаос щеше да цари в проводимите пътища! Импулсите преминават през тях без почивка. Ами центровете? Да, те биха били залети с информация, която не би била възможна за разбиране. IPSP елиминират излишната информация, допринасят за това, че тя идва на порции, а не непрекъснато, потискат по-малко важни импулси, тоест внасят организация в нервната дейност.
Вътре във всяка клетка, когато до нея пристигнат импулси, EPSP и IPSP си взаимодействат, има борба между тях, а резултатът от борбата определя съдбата на полученото съобщение - дали ще бъде предадено по-нататък или не. По този начин, колкото повече информация получава невронът, толкова по-фина и сложна е неговата реакция, която възниква, когато се вземат предвид множество променливи от външния свят и вътрешната среда на тялото. Човек може да си представи колко трудно е да вземеш решение при такива условия.
Трудно, но при добра организация е възможно. Това се осъществява, както видяхме, по различни начини: чрез комбиниране на влакна в нервни стволове и неврони в нервни центрове; поради наличието на голям брой синапси на всяка нервна клетка, което допринася за предаването на импулси към различни получатели; в резултат на прилагането на законите на изолираната и едностранна проводимост и накрая поради взаимодействието на два основни нервни процеса - възбуждане и инхибиране, възникващи в отговор на различни импулси.
При нормални условия вземането на решение и резултатът от него имат адаптивен характер, насочен към благото на организма в тази конкретна ситуация. Следователно дейността на централната нервна система винаги се обуславя от определена външна или вътрешна причина. Формулирането на тази причина започва в рецепторите, нейният анализ се извършва в нервните центрове, а работните реакции на тялото към дразнене се осигуряват от изпълнителните органи или т.нар. ефектори -мускули, жлези и др.
Реакцията на тялото, осъществявана с участието на централната нервна система, в отговор на дразнене на рецептора, се нарича рефлекси всички негови дейности рефлекс,т.е. комбинация от много индивидуални отражения с различна сложност. Как се разпределят функциите между различните части на централната нервна система?
Периферната нервна система е условно обособена част от нервната система, чиито структури са разположени извън главния и гръбначния мозък.
Нервната система е изградена от клетки невроничиято функция е да обработва и разпространява информация. Невроните комуникират помежду си чрез връзки - синапси. Един неврон предава информация на друг чрез синапси, използвайки химически носители - посредници. Невроните са разделени на 2 вида: възбуждащи и инхибиращи. Тялото на неврона е заобиколено от гъсто разклонени процеси - дендритиза получаване на информация. Клонът на нервната клетка, който предава нервните импулси, се нарича аксон. Дължината му при хората може да достигне 1 метър.
Периферната нервна система се подразделя на автономна нервна системаотговорен за постоянството на вътрешната среда на тялото и соматична нервна система, инервиращи (снабдяващи нерви) мускули, кожа, връзки.
В състава на периферната нервна система (или периферната част на нервната система) влизат нерви, излизащи от главния мозък - черепномозъчни нерви и от гръбначния мозък - гръбначномозъчни нерви, както и нервни клетки, които са се преместили извън централната нервна система. В зависимост от вида на нервните влакна, които са предимно част от нерва, се различават двигателни, сетивни, смесени и автономни (вегетативни) нерви.
Нервите се появяват на повърхността на мозъка като двигателни или сензорни корени. В този случай моторните корени са аксоните на двигателните клетки, разположени в гръбначния и главния мозък, и достигат без прекъсване до инервирания орган, а сетивните корени са аксоните на нервните клетки на гръбначните възли. Към периферията на възлите сетивните и двигателните влакна образуват смесен нерв.
Всички периферни нерви, въз основа на техните анатомични особености, се разделят на черепни нерви - 12 двойки, гръбначни нерви - 31 двойки, автономни (вегетативни) нерви.
Краниалните нерви произлизат от мозъка и включват:
- 1-ва двойка - обонятелен нерв
- 2-ра двойка - зрителен нерв
- 3-та двойка - окуломоторен нерв
- 4-та двойка - трохлеарен нерв
- 5-та двойка - тригеминален нерв
- 6-та двойка - abducens нерв
- 7-ма двойка - лицев нерв
- 8-ма двойка - вестибулокохлеарен нерв
- 9-та двойка - глософарингеален нерв
- 10-та двойка - блуждаещ нерв
- 11-та двойка - допълнителен нерв
- 12-та двойка - хипоглосен нерв
Чрез периферния нерв, гръбначния ганглий и задния корен нервните импулси навлизат в гръбначния мозък, тоест в централната нервна система.
Възходящи влакнаот ограничена област на тялото се събират и образуват периферен нерв. Влакна от всички видове (повърхностна и дълбока чувствителност, влакна, инервиращи скелетните мускули и влакна, инервиращи вътрешните органи, потните жлези и гладките мускули на съдовете) се комбинират в снопове, заобиколени от 3 обвивки на съединителната тъкан (ендоневриум, периневриум, епиневриум) и образуват нервен кабел .
След като периферният нерв навлезе в гръбначния канал през междупрешленния отвор, той се разклонява в предните и задните гръбначни коренчета.
Предните корени напускат гръбначния мозък, задните корени влизат в него. В рамките на нервните плексуси извън гръбначния канал влакната на периферните нерви се преплитат по такъв начин, че в крайна сметка влакната от един отделен нерв завършват на различни нива в рамките на различни гръбначни нерви.
Периферният нерв съдържа влакна от няколко различни радикуларни сегмента.
гръбначномозъчни нервив размер на 31 двойки са разделени на:
- цервикални нерви - 8 двойки
- гръдни нерви -12 чифта
- лумбални нерви - 5 двойки
- сакрални нерви - 5 двойки
- кокцигеален нерв - 1 двойка
Всеки гръбначномозъчен нерв е смесен нерв и се образува от сливането на неговите 2 корена: сетивното коренче, или задното коренче, и моторното коренче, или предното коренче. В централната посока всеки корен е свързан с гръбначния мозък посредством радикуларни нишки. Задните коренчета са по-дебели и съдържат в състава си спиналния ганглий. Предните корени на възлите нямат. Повечето от гръбначните възли лежат в междупрешленния отвор.
Външно гръбначният ганглий изглежда като удебеляване на задния корен, разположен малко по-близо до центъра от сливането на предните и задните корени. В самия спинален ганглий няма синапси.
Нервната система е йерархично организирана нервна тъкан, която пронизва цялото тяло и го свързва в едно цяло.
Нервната система е мрежа от комуникации, която осигурява взаимодействието на тялото с околната среда. В широк смисъл понятието "околна среда" означава както външната среда (извън организма), така и вътрешната среда (вътре в организма). По този начин нервната система, осигуряваща интегрирането на всички части на тялото в едно цяло, осъществява умствената дейност, връзката на тялото с външната среда (усещания), контролира движенията, регулира всички функции, включително човешката сексуалност и възпроизводство (продължаване на рода). Човешката нервна система, за разлика от нервната система на висшите животни, е богата на уникални структури и връзки, които са морфофизиологичните субстрати на мисленето, творчеството, артикулираната реч и трудовата дейност. Всички функции, включително умствената дейност, се осъществяват от групи нервни клетки, свързани помежду си с множество синапси.
Нервната система се състои от следните компоненти:
Сензорни компоненти - реагират на явления от околната среда;
Интегративни компоненти - обработват и съхраняват сензорни и други данни;
Двигателни компоненти - контролират движенията и секреторната дейност на жлезите.
На микроскопично ниво нервната система е много сложна съвкупност от различни клетки. Структурна и функционална единица на нервната система са нервните клетки или невроните, които образуват комуникативна мрежа на нервната система. Основната функция на неврона е да получава, обработва, провежда и предава информация.
Невроните са специализирани в приемането на входни сигнали и предаването им на други неврони или ефекторни клетки. Други клетки изпълняват поддържащи функции в нервната система. Това са невроглиални клетки (от гръцки "glia" - лепило). Има няколко вида от тях. Някои глиални клетки участват в поддържането на състава на междуклетъчната среда около невроните, докато други образуват обвивка около аксоните, поради което скоростта на провеждане на потенциалите за действие се увеличава.
Неврон - основният структурен и функционален елемент на нервната система; Хората имат над 100 милиарда неврони. Невронът се състои от тяло и процеси, обикновено един дълъг процес - аксон и няколко къси разклонени процеси - дендрити. По дендритите следват импулси към клетъчното тяло, по аксона - от клетъчното тяло към други неврони, мускули или жлези. Благодарение на процесите невроните контактуват помежду си и образуват невронни мрежи и кръгове, през които циркулират нервните импулси.
В допълнение към поддържащите функции, глията осигурява различни метаболитни процеси в нервната тъкан.
Човешката нервна система е разделена на централна и периферна.
Централната нервна система се състои от разширен преден край на невралната тръба - главния мозък - и дълъг, цилиндричен гръбначен мозък.
В ЦНС е изолирано сивото вещество, което е натрупване на невронни тела, и бялото вещество, състоящо се от покрити с миелин аксони, които действат като проводници.
Функциите на централната нервна система включват интегриране и координиране на почти всички видове нервна дейност, докато централната нервна система работи в тясна връзка с периферната нервна система.
Периферната нервна система включва сдвоени гръбначни и черепни нерви с корени, излизащи от тях, техните клонове, нервни окончания и ганглии (нервни възли, образувани от тела на неврони), нервни плексуси и периферни нерви, които осигуряват комуникация между централната нервна система и различни части на тялото.
Съставът на извънклетъчната течност около повечето неврони се регулира, така че клетките да са защитени от внезапни промени в околната среда. Това се осигурява от регулирането на кръвообращението в централната нервна система, наличието на кръвно-мозъчната бариера, буферните функции на невроглията, както и метаболизма между цереброспиналната (гръбначно-мозъчната) течност (ликвор) и екстрацелуларната течност на Мозъкът.
По цялата си дължина централната нервна система е покрита от три мозъчни обвивки и е затворена в защитна костна капсула, състояща се от черепа и гръбначния стълб. Мозъкът, кръвта и CSF се намират в черепната кухина (фиг. 32.4). Отвън мозъкът е покрит със силна твърда мозъчна обвивка, която е слята с периоста на черепа и гръбначния стълб. Pia mater е в непосредствена близост до мозъчната тъкан. Между твърдите и меките черупки е арахноидната мембрана на мозъка (aracnoidea), която образува мрежа от напречни ленти на съединителната тъкан, благодарение на които се образува субарахноидалното пространство на мозъка между меките и арахноидните мембрани, изпълнено с цереброспинална течност (цереброспинална течност). По-голямата част от гръбначно-мозъчната течност се съдържа в централния канал на гръбначния мозък, а в главния мозък изпълва четири разширени зони - мозъчни вентрикули. Цереброспиналната течност измива мозъка отвън и отвътре и кръвоносните съдове влизат в контакт с него, осигурявайки снабдяването на нервните тъкани с хранителни вещества и кислород и отстраняването на метаболитните продукти. В покрива на мозъка са предният хороиден сплит на мозъка и задният хороиден сплит на мозъка, чиито клетки отделят цереброспинална течност. Обемът на цереброспиналната течност е около 100 ml. Той изпълнява хранителни, отделителни и поддържащи функции и предпазва нервните клетки от механични удари срещу твърда костна повърхност. Ресничестите клетки, покриващи кухината на вентрикулите и централния канал, поддържат непрекъснатата циркулация на цереброспиналната течност.
Човешкият мозък тежи около 1350 g; приблизително 15% от неговата маса (200 ml) е в извънклетъчната течност. Обемът на кръвта в черепа е около 100 ml, същото количество е вътречерепният обем на CSF. Това означава, че общият обем на извънклетъчната течност в черепната кухина е приблизително 400 ml.
Съществува и друга класификация, според която единната нервна система също условно се разделя на две части: соматична (животинска) и автономна (автономна, специална част от нервната система). Първият инервира предимно тялото (кости, скелетна мускулатура, кожа) и осигурява връзката на организма с външната среда. Вегетативната (автономна) нервна система инервира всички вътрешни органи, жлези (включително ендокринни), гладки мускули на органи и кожа, кръвоносни съдове и сърце, а също така осигурява метаболитни процеси във всички органи и тъкани.
Хората имат над сто милиарда неврони. Всеки неврон се състои от тяло и процеси - обикновено един дълъг аксон и няколко къси разклонени дендрита. Благодарение на тези процеси невроните контактуват помежду си и образуват мрежи и кръгове, през които циркулират нервните импулси. През целия живот човешкият мозък губи неврони. Такава клетъчна смърт е генетично програмирана, но за разлика от клетките в други тъкани, невроните не могат да се делят. В този случай действа различен механизъм: функциите на мъртвите нервни клетки се поемат от техните "колеги", които се увеличават по размер и образуват нови връзки, компенсиращи бездействието на мъртвата клетка.
Според общоприетото схващане нервните клетки не се регенерират. Това обаче не е вярно: невроните - клетките на нервната система - наистина не могат да се делят като клетките на други тъкани, но те възникват и се развиват дори в мозъка на възрастен. В допълнение, невроните са в състояние да възстановят изгубените процеси и контакти с други клетки.
Човешката нервна система се състои от централна част и периферна част. Централната част включва главния и гръбначния мозък. Мозъкът съдържа най-голямата колекция от неврони. От тялото на всеки се простират множество процеси, които образуват контакти със съседни неврони. Периферната част се образува от гръбначните, вегетативните и черепните възли, нервите и нервните окончания, които осигуряват провеждането на нервните импулси към крайниците, вътрешните органи и тъкани. В здравословно състояние нервната система е добре координиран механизъм, ако една от връзките в сложна верига не изпълнява функциите си, цялото тяло страда. Например тежките мозъчни увреждания след инсулти, болестта на Паркинсон, болестта на Алцхаймер водят до ускорена смърт на невроните. В продължение на няколко десетилетия учените се опитват да разберат дали е възможно да се стимулира възстановяването на загубени нервни клетки.
И въпреки това се регенерират
Първите научни публикации, потвърждаващи раждането на нови неврони в мозъка на възрастни бозайници, принадлежат на американския изследовател Джоузеф Алтман. През 1962 г. списание Science публикува неговата статия „Образуват ли се нови неврони в мозъка на възрастните бозайници?“, в която Алтман говори за резултатите от своя експеримент. С помощта на електрически ток той унищожи една от структурите на мозъка на плъх (страничното геникуларно тяло) и вкара там радиоактивно вещество, което прониква в нови клетки. Няколко месеца по-късно Алтман открива нови радиоактивни неврони в таламуса и мозъчната кора. През следващите години Алтман публикува още няколко статии, доказващи съществуването на неврогенеза в мозъка. Например през 1965 г. неговата статия е публикувана в списание Nature. Въпреки това Алтман имаше много противници в научната общност, само няколко десетилетия по-късно, през 90-те години, работата му беше призната и феноменът на раждането на нови неврони - неврогенезата - се превърна в една от най-завладяващите области на неврофизиологията.
Днес вече е известно, че невроните могат да възникнат в мозъка на възрастен бозайник от така наречените невронни стволови клетки. Досега е установено, че това се случва в три области на мозъка: зъбчатата извивка на хипокампуса, субвентрикуларната област (в страничните стени на страничните вентрикули на мозъка) и кората на малкия мозък. В малкия мозък неврогенезата е най-активна. Тази област на мозъка е отговорна за придобиването и съхраняването на информация за несъзнателни автоматизирани умения - например, когато учим танц, постепенно спираме да мислим за движенията, изпълняваме ги автоматично; информацията за тези па се съхранява в малкия мозък. Може би най-интригуващата за изследователите е неврогенезата в зъбчатия гирус. Тук се раждат нашите емоции, съхранява се и се обработва пространствената информация. Досега не е било възможно да се разбере как новообразуваните неврони влияят на вече формираните спомени и взаимодействат със зрелите клетки на тази част от мозъка. 
Експерименти с плъхове в лабиринти с различен дизайн помагат на учените да разберат какво се случва с новите неврони в мозъка и как те се вписват в добре функциониращата работа на вече съществуващи клетки на нервната система.
Лабиринт за памет
За да се разбере как новите неврони взаимодействат със старите, процесът на обучение на животните във водния лабиринт на Морис се изучава активно. По време на експеримента животното се поставя в басейн с диаметър 1,2–1,5 м, дълбочина 60 см. Стените на басейна са различни, като в определена точка на басейна се крие платформа на няколко милиметра под водата. Потопен във вода, лабораторният плъх е склонен бързо да усети твърдата почва под краката си. Плувайки в басейна, животното научава къде е платформата и следващия път я намира по-бързо.
Чрез обучение на плъхове във водния лабиринт на Морис беше възможно да се докаже, че формирането на пространствена памет води до смъртта на най-младите неврони, но активно подпомага оцеляването на клетките, които са се образували около седмица преди експеримента, т.е. процесът на формиране на паметта, обемът на новите неврони се регулира. В същото време появата на нови неврони дава възможност за формиране на нови спомени. В противен случай животните и хората не биха могли да се адаптират към променящите се условия на околната среда.
Беше отбелязано, че срещата с познати обекти активира различни групи неврони в хипокампуса. Очевидно всяка група от такива неврони носи спомен за определено събитие или място. Освен това животът в разнообразна среда стимулира неврогенезата в хипокампуса: мишките, които живеят в клетки с играчки и лабиринти, имат повече новообразувани неврони в хипокампуса, отколкото техните роднини от стандартните празни клетки.
Трябва да се отбележи, че неврогенезата активно се извършва само в онези области на мозъка, които са пряко отговорни за физическото оцеляване: ориентация по миризмата, ориентация в пространството и за формирането на двигателната памет. Преподаването на абстрактно мислене се провежда активно в ранна възраст, когато мозъкът все още расте и неврогенезата засяга всички области. Но след достигане на зрялост умствените функции се развиват поради преструктурирането на контактите между невроните, а не поради появата на нови клетки.
Въпреки няколкото неуспешни опита, търсенето на неизвестни досега огнища на неврогенеза в мозъка на възрастните продължава. Тази посока се счита за подходяща не само за фундаменталната наука, но и за приложните изследвания. Много заболявания на централната нервна система са свързани със загубата на определена група мозъчни неврони. Ако беше възможно да се отгледа заместител за тях, тогава болестта на Паркинсон, много прояви на болестта на Алцхаймер, негативните последици от епилепсия или инсулт биха били победени.
Мозъчни пластири
Друг интересен метод, възприет от невролозите в техните изследвания, е имплантирането на ембрионални стволови клетки в мозъка на възрастно животно за възстановяване на загубени функции. Досега такива експерименти водят до отхвърляне на въведената тъкан или клетки поради силен имунен отговор, но ако стволовите клетки се вкоренят в някои случаи, те се развиват в глиални клетки (съпътстваща тъкан), а не в неврони. Дори ако в бъдеще неврогенезата може да бъде активирана във всяка област на мозъка, не е ясно как новообразуваните неврони ще образуват връзки в рамките на вече установена мрежа от нервни клетки и дали изобщо ще могат да направят това. Ако хипокампусът е готов за такъв процес, тогава появата на нови неврони в други области на мозъка може да наруши мрежите, които са били установени през годините; вместо очакваната полза, може би ще бъде нанесена само вреда. Въпреки това учените продължават активно да изучават възможностите за неврогенеза в други части на мозъка. 
Фигурата показва процеса на образуване на нови неврони в хипокампуса на възрастен бозайник при излагане на ниски дози радиация. Новите неврони са червени, глиите са зелени.
Съвсем наскоро, през февруари 2010 г., група канадски изследователи от Университета на Торонто и Университета на Ватерло публикуваха резултатите от експерименти, използващи циклоспорин А като стимулант на неврогенезата. Доказано е, че циклоспорин А в клетъчна култура повишава растежа и броя на клетките на колония, а приложението на това вещество на възрастни мишки води до увеличаване на невронните стволови клетки в мозъка.
Наред с изкуствените вещества се изследват и свойствата на ендогенни молекули, които могат да подобрят неврогенезата. Най-голямо внимание тук заслужават невротрофичните фактори, които се произвеждат от тялото на животните. Това са нервен растежен фактор (NGF), мозъчен невротрофичен фактор (BDNF), невротрофини-1, -3 и -4.
Невротрофичните фактори принадлежат към група протеини, които поддържат растежа, развитието и оцеляването на нервните клетки. Ако невротрофичният фактор се достави в увредената област на мозъка, тогава смъртта на невроните може значително да се забави и тяхната жизнена активност може да се поддържа. Въпреки че невротрофичните фактори не са в състояние да активират появата на нови нервни клетки в мозъка, те имат уникално свойство - те активират възстановяването на процесите на нервните клетки (аксоните) след увреждане или загуба. Дължината на някои аксони достига метър и именно аксоните провеждат нервните импулси от мозъка към нашите крайници, вътрешни органи и тъкани. Целостта на тези пътища се нарушава от фрактури на гръбначния стълб и изместване на прешлените. Регенерацията на аксоните е надеждата за възстановяване на способността за движение на ръцете и краката в такива случаи.
Кълнове и издънки
Първите работи, доказващи възможността за регенерация на аксони, са публикувани през 1981 г. Тогава в списание Science се появи статия, която доказва, че такава регенерация е възможна. Обикновено няколко причини пречат на регенерацията на аксона, но ако препятствието бъде отстранено, тогава аксоните активно покълват и създават нови контакти вместо изгубените. С началото на изследването на аксоналната регенерация се отвори нова ера в медицината, сега хората с увреждания на гръбначния мозък имат надежда, че двигателните способности могат да бъдат възстановени. Тези изследвания са получили широка подкрепа и то не само от различни изследователски центрове. Така известният актьор Кристофър Рийв, който изигра главната роля във филма "Супермен" и остана инвалид след фрактура на гръбначния стълб, основа със съпругата си фонд за подкрепа на подобни изследвания - Christopher and Dana Reeve Paralysis Foundation. 
Последните изследвания на невролози предлагат известна надежда за прикованите към инвалидни колички хора с увреждания поради увреждане на нервната система.
Основната бариера пред регенерацията на аксона е образуването на белег, който разделя увреждането на гръбначния мозък или периферните нерви от околните клетки. Смята се, че такъв белег предпазва близките зони от възможното проникване на токсини от увредената зона. В резултат на това аксоните не могат да пробият белега. Доказано е, че основата на белега са протеинови гликани (хондроитин сулфат).
Изследване, проведено през 1998 г. в лабораторията на професор Дейвид Мюър от Института за мозъка на Университета на Флорида, показа, че е възможно да се разградят протеиновите гликани с помощта на бактериалния ензим хондроитиназа ABC. Но дори и с отстранената механична обструкция, растежът на аксона все още се забавя. Факт е, че на мястото на увреждане има вещества, които пречат на регенерацията, като MAG, OMgp, Nogo. Ако ги блокирате, можете да постигнете значително увеличение на регенерацията.
И накрая, важно е да се поддържа високо ниво на невротрофични фактори за успешен аксонален растеж. Въпреки факта, че невротрофините имат положителен ефект върху регенерацията на нервната система, клиничните проучвания разкриват значителни странични ефекти като загуба на тегло, апетит, гадене и психологически проблеми. За подобряване на регенерацията могат да се инжектират стволови клетки в мястото на нараняване, но има доказателства, че имплантирането на стволови клетки в гръбначния мозък може да провокира появата на тумори.
Дори ако аксонът е нараснал и е станал способен да провежда нервни импулси, това не означава, че крайниците ще започнат да функционират нормално. За да се случи това е необходимо да има много контакти (синапси) между аксоните на нервните клетки и мускулните влакна, които привеждат човешкото тяло в движение. Възстановяването на такива контакти отнема много време. Разбира се, възстановяването може да се ускори, ако изпълнявате специални физически упражнения, но за няколко месеца или дори години е невъзможно напълно да се пресъздаде картината на нервните контакти, която се формира в продължение на десетилетия, от първия ден на раждането на човека живот. Броят на такива контакти е неизчислим, вероятно сравним с броя на звездите във Вселената.
Но има и положителен момент - в края на краищата през последните години успяхме да стъпим на земята, сега поне е ясно по какви начини можете да се опитате да ускорите неврорегенерацията.