För att börja på cellnivå och molekylnivå/atomnivå så har nervcellen en kropp, kallad soma, och grenar som sticker ut kallade dendriter, och en axon där det byggs upp en aktionspotential som sedan urladdas och färdas längst axonen tills den når en synaptisk bassäng. Vid denna synaptiska bassäng frigörs signalsubstanser såsom Glutamat som aktiverar och GABA som inhiberar. Dessa signalsubstanser, tro det eller ej, är de dominerande. Det är någon procent över och då har Vi signalsubstanserna dopamin och serotonin, som Vi stöter på ibland på lika program på TV-kanaler såsom Kunskapskanalen.
En typisk nervcell, mer formellt ”neuroner”, är celler som sköter om kommunikationen i organismen. Det är många celler som ger elektriska impulser, och inte bara vad dessa ”neuroner”, som de hädanefter kommer att benämnas till och ifrån, som kan ge elektriska impulser, och exempelvis kan hjärtat slå av den anledningen att denna hjärtmuskel just har hjärtceller, och alltså inte neuroner, som även de kan ge elektriska aktionspotentialer.
Nervceller har tre huvuduppgifter:
1) ta emot signaler från kroppen eller den närmaste omgivningen.
2) bearbeta olika former av signaler och information, som exempelvis kan härröra från de olika sinnesorganen.
3) reglera och styra alla andra celler i kroppen, från organen i vår kropp till att gå (nervmuskeländplattan).
Strukturen
I kroppen har Vi tillgång till en hel del neuroner. Dessa kan indelas på olika sätt och det enklaste är att kategorisera dem på basis av storlek, form, och förekommande specialiseringar. En neuron har fyra olika delar: själva cellkroppen i sig (soma = kropp), dendriter, axon, och axonterminal. Storhjärnsbarken (cerebral cortex) består bland annat av grå substans. Denna grå substans består av en typ av neuroner som kallas pyramidceller. Dessa celler har ett helt dendriträd med förgreningar, och till dessa delar hör basal dendrit och apikal dendrit. Till dendriterna hör dendrittaggar (spines), som består av protein och som av yttre stimuli ändrar sin morfologi, och dessa olika former som ändras anses vara minnen.
Axonernas initialsegment eller axon hillock definierar den potential som måste passeras för att en aktionspotential skall brinna av. När axonen sedan förgrenar sig görs detta som kollateraler och änddelen bildar en axonterminal , och där kallas dem presynaptiska terminaler och vid dessa frigörs signalsubstanser, eller ”neurotransmittorer”, i den synaptiska bassängen och dessa binder till receptorer och utlöser en kaskad av händelser. Med andra ord besitter dessa neurotransmittorer, och flödet av joner över membranet sker vid jonkanaler, och just dessa kanaler öppnar själva jonkanaler. Denna typ av signalsubstanser öppnar själva jonkanalerna, och just att dessa kanaler öppnar och stängs påverkar, men inte nödvändigtvis, membranpotentialen. Denna normalpotential spelar en avgörande roll hos neuronens uppgifter.
Hos själva cellkroppen och dendritstrukturerna sker förändringar i nämnda membranpotential, som ett sätt för neuronen att integrera den information som kommer från utsidan eller insidan hos organismen. När en tillräckligt stor membranpotentialförändring sker hos neuronen så erhålles en elektrisk urladdning. Då denna puls av elektricitet når synapserna (själva axonterminalerna) resulterar detta i att det frigörs tidigare omnämnda neurotransmittorer. Dessa sprider sig i den synaptiska bassängen, från det presynatiska membranet, och när de når det postsynaptiska membranet binder dessa signalsubstanser till motsvarande receptorer. Dessa synapser återfinns vid antingen cellkroppen/soma eller dendriterna.
Nervcellernas sändningar delas, grovhugget, i fyra centralhändelser enligt nedan:
1) Frigörande av signalsubstanser
Vid axonterminalen finns små fina sfärer som benämns synaptiska vesiklar, innehållandes signalsubstans vilken frigöres via en process där vesiklarna sammansmälter med det presynaptiska membranet och för att detta skall ske krävs det att det flödar in Kalcium(II)joner, alltså Ca2+(aq), och för detta är kravet att kalciumkanaler öppnas om aktionspotentialen sprids via axonen, axonkollateraler, och sedan vid axonterminaler/synapserna i sig. I nästa steg diffunderar signalsubstansen i den synaptiska bassängen.
2) Aktivering av receptorer
Då neurotransmittorerna nu diffunderar i den synaptiska bassängen når de receptorerna vilket utlöser en kaskad av biokemiska händelser. Först aktiveras receptorn, och det leder till att den postsynaptiska cellen får ändrad membranpotential och flesta neuroner har en potential om -70 mV. Det finns membranpotentialförändringar som beror av vilka sorter av celler och typ av receptor som aktiveras. Förändringen i membranpotential kan exempelvis vara depolarisering vilket innebär att potentialen förskjuts mot ett mer positivt värde, och hyperpolarisering där stimuleringen av receptorn förskjuter membranpolariseringen mot ett mer negativt värde.
3) Integrering av data
Här mottar soma och dendriter flertalet axonterminaler . Aktiveras kemin bakom både depolariserande och hyperpolariserande synapser så är det inte alls ovanligt att dessa tar ut varandra. Själva integreringen är summan av dessa stimuli
4) Initiering av aktionspotential
När summan av dem synaptiska signaler som kommer ge en depolarisering där axonen börjar, alltså axon hillock, så resulterar detta i att en typ av jonkanaler öppnas och detta ger en aktionspotential, vilken fortplantas genom axonen. Beroende av hur pass stark och lång tid aktionspotentialen är, vid ovan nämnda axon hillock, så erhålles olika frekvens med amplituden på denna är konstant.
Neuroner är alltså celler av en stor diversitet, vilket Vi insett vid detta laget. Men neuroner är celler som inte delar sig igen efter att de diversifierats och nervsystemet är färdigbyggt. Neuroner är alltså celler som inte är mitotiska utan postmitotiska. Storleken hos cellkropparna är 5-100 µm. Vilka uppgifter har då dessa dendriter, bortsett från taggarna (spines) som står för det minne som Vi har? Dendriternas syfte är först och främst att ta emot axonterminaler från andra celler och därmed agera postsynaptiskt element i synapserna, neuroner emellan. Dessa dendriter maximerar arean för kontakt med bra många neuroner, i form av påkopplade axonterminaler, och därmed synapser. Dendriters synapsaktivitet resulterar i förändringar av den potentialen rent lokalt och dessa fortplantar sig vidare ner till soma och axonens initialsegment och en aktionspotential tenderar att uppstå. Den lokala förändringen av membranpotentialen kan föras vidare och därmed spridas till soma beroende av vissa variabler:
1) Dendritens tjocklek – Ju större tjocklek desto lägre resistens (elektriskt motstånd) och därmed bättre transduktion (framledning).
2) Dendriters längd har ett inflytande. Då signalen avklingar relaterat till bland annat avstånd, och detta har sin grund i att förändringen på en dendrit på avstånd från cellkroppen (”soma”) tenderar att ebba ut. Innan Vi går vidare är det dags att återgå till nämnda ”spines” eller dendrittaggar. Dessa är specialiserade delar av dendriter , och är troligen hur minnet lagras i hjärnan, men det är inte så att alla neuroner har dendrittaggar. När det gäller neuroner som har taggar så täcker dessa ofta såväl stora delar av dendriter och cellkropp i sig. Hos pyramidceller motsvarar dendrittaggarna i runda slängar runt 40% av arean, och dessa finns i storhjärnsbarken (”cerebral cortex”), och minnet finns i denna bark.
Axoner
Flertalet nervceller, men inte samtliga, t.ex. dem i näthinnan i läsarens ögon, har en axon, och dessa har till uppgift att fortleda elektriska impulser, vilka finns till hands i form av aktionspotentialer. Den övergång som finns mellan soma och axon benämns, som vi läst tidigare i texten, axon hillock, och detta är axonens initialsegment. Här bokstavligt talat kryllar det av natriumkanaler för Na+-joner, och dessa är ytterst spänningskänsliga och aktiveras omedelbart vid spänning. Det behöver inte nödvändigtvis påverkas av enbart förändringar i membranpotentialer hos just axoner utan kan även härröra från dendriter.
Återigen dyker pyramidcellerna upp och dessa har mycket långa axoner. Dessa pyramidceller skickar sina axoner, flera decimeter långa, en bra bit ner i ryggmärgen, och pyramidceller har en storlek 10,000 gånger större än leverceller. Sedan finns , å andra sidan nervceller med korta axoner, ett par µm ”långa”. Axoner av olika slag kan fortleda elektriska impulser olika snabbt. Av det läsaren sett tidigare i texten så leds signaler bättre i tjocka dendriter och sämre transduktion i tunna, detta gäller alltså för både axoner och dendriter. Gliaceller gör sitt bidrag till att verka som isolering för axoner. Plasmamembranet hos gliaceller omsveper axonerna i flera lager. I det perifera nervsystemet (PNS), alltså i hela Din kropp förutom hjärna och ryggmärg (CNS, Centrala Nervsystemet), så är dessa gliaceller benämnda Schwannceller. I CNS heter gliacellerna oligodentrocyter. En schwanncell skyddar endast en axon, medan en oligodentrocyt tenderar att svepa sig runt flera axoner, storleksordningen 20-70 st. Gliacellerna täcker stora delar av axonerna, men med avbrott, och dessa avbrott kallas Ranivers noder. Noderna är fullt besatta med jonkanaler. Utan myelin går det åt mycket större utrymme axon för att leda aktionspotentialer. Bläckfiskar har inget mylein och axonen är 0.5 mm i dialmeter, till skillnad från en groda med myelinisering har 12 µm i dialmeter.
Axonterminaler och synapser
Axonterminalerna är de enheter som finns vid ändarna av axoner. Här släpps det ut neurotransmittorer. Signalsubstansen ifråga kan även frisättas vid tjocka strukturer kallade varicositeter, och detta är mer diffust. Dock är terminalerna det allra viktigaste i form av synapser, eftersom det är nära mellan de pre- och postsynaptiska membranen. Självfallet frisätts även signalsubstanserna på andra sätt, men detta är vanligast.
Signaler från en neuron till nästa sker i form av kemiska synapser, och dessa uppstår allra mest på själva cellkroppen (”soma”), på dendriterna, eller på synapsterminaler.
En kemisk synaps utgörs i stora drag av en axonterminal där signalsubstanser frigörs, och detta utgör det presynaptiska membranet. Sedan tillkommer den synaptiska bassängen, ca 10-50 nm i bredd mellan dem presynaptiska – och postsynaptiska membranen. Det postsynaptiska membranet kan vara annat än en annan nervcell utan exempelvis även muskelvävnad (kallas nervmuskeländplattan) eller körtlar av olika slag.
Det finns två sorter av synapser: typ 1 och typ 2. Typ 1 har en stor synaptisk bassäng och en förtjockning – postsynaptisk densitet. Typ 2 däremot har en något mindre bassäng och elipsformade flata vesiklar.
Spines och minne
Nervcellerna i nervsystemet kan vara antingen excitatoriska eller inhibitoriska . De excitatoriska neuronerna har i de flesta fall dendrittaggar, vilket redogjorts för tidigare i texten. Dessa dendrittaggar återfinns inte på alla neuroner, men när dessa taggar påträffas kallas neuronen spiny neuron och utan taggar kallas nervcellen aspiny neuron. Rent morfologiskt antar spines diverse former av skiftande slag. Hjärnan har en inneboende plasticitet och inom de flesta falanger av neurovetenskap tror att dendrittaggarnas skiftande morfologi kan vara inblandade i inlärningsprocessen. Dock byggs spines upp av proteinfibrer och beroende på ur dessa är strukturerade så har dendrittaggen olika form. Kanske att sekvensen av aminosyror som bygger upp dessa är själva minnet eller ligger det djupare som på kvantnivå? Vem vet?
