А теперь обратимся к интегративной функции нейрона. На входе нейрона, как мы говорили, тысячи дендритов (входов) и один аксон (выход). Одна из функций нейрона состоит в интеграции (суммировании) всех воздействий, воспринимаемых от других нейронов через синапсы на его теле и на дендритах. Поскольку эти влияния могут быть возбуждающими или тормозными и могут не совпадать по времени, нейрон должен биологически, точнее, электрохимически, аккумулировать (с позиций информатики - исчислять) общий эффект синаптической (входной, внешней) активности (или воздействий всех своих нейронов – излучателей, соседей) как функцию времени. И результатом такой интеграции в зависимости от настройки данного нейрона может быть один единственный импульс на выходной аксоне. Таким образом, по своим функциям каждый нейрон многократно сложнее простой системы хранения памяти, например, в компьютере и для сравнения мощности современных компьютеров с нейронной сетью человека до выяснения механизмов аккумуляции входной информации в нейроне пока нет достаточных оснований.
Продолжим. В покое нейрон обладает (отрицательным) электрическим потенциалом покоя (в 70 милливольт) по отношению к наружной мембране. Если возбуждающее действие внешних импульсов преобладает над тормозным действием, и деполяризация мембраны превышает пороговую величину, происходит активация определенной части мембраны нейрона – в области основания его аксона (аксонного бугорка). Здесь в результате открытия каналов для ионов натрия и калия возникает потенциал действия (нервный импульс положительного знака). Этот электрический потенциал распространяется далее по аксону к его окончанию.
Выходной импульс, таким образом, оказывается результатом фильтрующего влияния данного нейрона при его пропускании через себя сотен и многих тысяч других импульсов, их «пачек» - последовательностей.
Рис. 4-2(21). Нейрон и соединение его с аксоном нейрона – соседа (слева), воспроизводится по по https://www.krugosvet.ru/articles/38/1003886/0003637G.htm
Движение по аксонам и дендритам. Само движение импульсов по проводящим путям тоже достойно внимания. Многие аксоны покрыты особой (миелиновой) оболочкой, которая образована многократно закрученной мембраной глиальных клеток. Благодаря этому скорость проведения импульса (или потенциала действия) по аксону может увеличиваться на порядок, достигая многих метров в секунду.
Рис 4-3(21а). Нейрон и соединение его с другими нейронами. Справа изображены более медленно действующие механизмы управления нейронами организма – выделение в кровь нейрогормонов, которые иерархически выше нейромедиаторов и имеют интервалы действия, измеряемые часами и сутками, по [Кольман Я., Рем К.-Г.]
Итак, теперь мы может подвести итог. Медиатор генерируется, передается на место использования, срабатывает от потенциала действия или импульса и передает импульс через синапс и затем аннигилирует (теряет активность) с помощью ряда различных химических процессов, протекающих на рецепторах нейрона - получателя, подготавливая систему к работе по приему нового импульса. Кроме того, разрушенный медиатор в ряде процессов снова восстанавливается и возвращается в везикулы для многократного использования.
Действие медиаторов и дополнительных нейромодуляторов может быть ускоряющим и усиливающим, и наоборот, (и реже) замедляющим и гасящим. Множество различных медиаторов и модуляторов образуют сложные комбинации, в которых могут участвовать те же составляющие, но в разных пропорциях и как результат с противоположным или резко различным эффектом. Кроме того, следует учитывать, что, кроме собственно медиаторов и модуляторов с пресинаптической стороны существует управляемая биохимическая среда на стороне получения сигнала – за постсинаптической мембраной, возле рецепторов нейрона-получателя, воспринимающих потенциал действия.
Нейромедиаторные и модуляторные, а также нейротормозные функции, несомненно, имеют свою иерархию, которая разворачивается во времени и завершается на более медленно функционирующем нейрогормональном уровне.
В настоящее время механизм связывания нейронов через медиаторную транссинаптическую технологию можно считать общепризнанным.
Квантовая теория Бернарда Катца (1953) и везикулярная теория - гипотеза освобождения медиатора в синапсе дополняют друг друга. Мы особенно отмечаем важную для наших будущих предположений деталь этих теорий. В квантовой теории указывается на возможность самопроизвольного излучения порций медиаторов из везикул, как это представлено, например, А. Л. Зефировым (Статьи Соросовского образовательного журнала в текстовом формате), ниже приведен текст Зефирова:
«Бернард Катц с сотрудниками, исследуя нервно-мышечный синапс лягушки (медиатор - ацетилхолин), с помощью микроэлектродов зарегистрировали новый класс постсинаптических потенциалов. Эти сигналы возникали случайно, в покое, имели очень маленькую амплитуду и были названы миниатюрными потенциалами концевой пластинки (МПКП). Далее оказалось, что постсинаптические потенциалы, вызванные раздражением двигательного нерва (потенциалы концевой пластинки - ПКП), от раздражения к раздражению варьируют по амплитуде, причем эти колебания кратны амплитуде МПКП. Было предположено, что медиатор в синапсе освобождается в виде мультимолекулярных порций - квантов. В покое случайное освобождение из нервного окончания отдельных порций вызывает появление на постсинаптической мембране МПКП, а в ответ на раздражение происходит синхронное освобождение нескольких десятков или сот квантов и возникает ПКП.(мое выделение - СЧ). Электрофизиологическое определение показало, что квант медиатора состоит из 1000 - 10000 молекул ацетилхолина. В дальнейшем квантовая гипотеза освобождения медиатора получила подтверждение на самых разнообразных объектах и в настоящее время считается общепризнанной.»
[Зефиров А.Л., 2000]
Здесь авторов волнует дискретность и порционность сигналов, нас же в этом интересует сам факт случайного освобождения медиатора в синапсе «в покое».
Теперь, завершив краткий анализ, мы можем начать восходящее движение к синтезу нашей гипотезы.
Попытка синтеза. Нервные импульсы поступают от периферических органов тела на сенсорные нейроны. Локальные нейроны получают такие импульсы от сенсорных и двигательных нейронов и собственно от других локальных нейронов, наконец, двигательным нейронам «приказы» поступают от локальных нейронов. Кроме того, поток импульсов ведется одновременно от различных нейроисточников, и для конкретных нейронов, основная часть потока импульсов является шумовым. Кроме того, как отмечено выше, существует или возможно шумовое выделение отдельных порций медиаторов возле пресинаптической мембраны, что как теперь подтверждено (Б. Катц, А. Л. Зефиров), может создавать отдельные самогенерации импульсов и пачек импульсов.
Электрические импульсы поступают с различными частотами, часто пачками или сериями как процессы возбуждений и могут передаваться с определенной частотой через другие нейроны. Обычно нейроны «работают», т.е. возбуждаются, целыми ансамблями. Установлено, что в некоторых состояниях передача сигналов от одной группы нейронов к другой осуществляется на определенной частоте, которая служит информативным параметром для распознавания. Нейрон-получатель реагирует не на весь многочастотный поток поступающих импульсов извне, а на пачку импульсов вполне определенной частоты, которая и является в его, нейрона, «понимании» сигналом, несущим информацию.
На входе нейрона сотни и тысячи электрических сигналов от других нейронов, в том числе и сигналов, представляющих частично и шумовые импульсы (данные). Выходной сигнал на аксоне выступает как интегральный результат многих сот внешних входных импульсов. Это электрический импульс (в реальности это пачки импульсов различной частоты), который является логическим решающим или выходным сигналом (по П. К. Анохину) нейрона на внешнее множественное возбуждение [Анохин П. К., 1974, с. 4, Анохин П. К., 1979, с. 54-55]. Это означает, что нейроны образуют собою гигантскую информационную сеть, структурированную своими настройками из медиаторов и модуляторов, как фильтры к входной информации и как частично автогенераторы собственных импульсов – саморазрыв везикул. В этой сети по мнению многих исследователей нейроны образуют связанные между собою ансамбли или констелляции (дословно – созвездия). Конфигурация и состав их существенно изменяется при активизации и при различных формах нервной деятельности. Мы можем предполагать, что образное хранения информации, связано с такими электрохимическими и нейробиологическими конструктами (образованиями).