Synapsy i ich rodzaje: podstawy komunikacji na poziomie neuronowym

Wrzesień 11, 2019
Synapsy z chemicznego punktu widzenia mają bardzo specyficzne cechy, takie jak na przykład wysoka plastyczność. Innymi słowy, im bardziej aktywne są synapsy, tym łatwiej mogą przesyłać dalej wszelkiego rodzaju informacje.

Nasz mózg potrzebuje neuronów do sprawnego przeprowadzania procesów komunikacji w układzie nerwowym. Wszystkie tego typu interakcje określane są ogólnie rzecz biorąc jako realizowane przez synapsy. Ale jak dokładnie się łączą ze sobą te synapsy i ile tak naprawdę istnieje ich rodzajów?

Istnieją zasadniczo dwie główne formy transmisji synaptycznej: elektryczna i chemiczna. Większość komunikacji realizowanej poprzez synapsy zachodzi między końcem aksonu (najdłuższą częścią) neuronu wysyłającego wiadomość a perikarionem (znanym także jako soma lub neurocyt) neuronu ją odbierającego.

Najbardziej zaskakującym w tym wszystkim dla ludzi jest fakt, że w rzeczywistości nie ma żadnego bezpośredniego kontaktu w samej synapsie. Pomiędzy neuronami istnieje niewielka szczelina, znana również jako szczelina synaptyczna.

Jeśli chciałbyś dowiedzieć się czegoś więcej o obu typach synaps biorących udział w komunikacji neuronowej, poświęć kilka minut na lekturę naszego dzisiejszego artykułu. W tym miejscu wspomnimy tylko, że oba te typy są połączeniami typu neuron – neuron, ale różnią się swoimi specyficznymi właściwościami.

Synapsy chemiczne – jeden z dwóch głównych rodzajów

W synapsach chemicznych wszelkie informacje są przesyłane przez neuroprzekaźniki. Właśnie dlatego nazywamy je „synapsami chemicznymi”, ponieważ neuroprzekaźniki to substancje chemiczne, które służą jako nośniki wiadomości przekazywanych przez impulsy nerwowe.

Ciekawym aspektem związanym z funkcjonowaniem tych synaps jest to, że są one asymetryczne. Oznacza to, że nie występują one dokładnie w tej samej postaci między jednym neuronem, a drugim. Są także jednokierunkowe: neuron postsynaptyczny, który odbiera wiadomość, nie może wysyłać informacji zwrotnej do neuronu presynaptycznego, który pełni rolę nadawcy tej konkretnej wiadomości.

Synapsy chemiczne

 

Synapsy z chemicznego punktu widzenia mają bardzo specyficzne cechy, takie jak na przykład wysoka plastyczność. Innymi słowy, im bardziej aktywne są synapsy, tym łatwiej mogą przesyłać dalej wszelkiego rodzaju informacje.

Ta plastyczność oznacza również, że synapsy mogą z łatwością dostosować się do różnych zmian w swoim otoczeniu. Nasz układ nerwowy jest naprawdę inteligentnym tworem i koncentruje się na tych ścieżkach, z których najczęściej korzystamy w trakcie dnia.

Zaletą tego rodzaju synaps jest możliwość modulowania transmisji impulsowej. Ale w jaki sposób jest realizowany tak skomplikowany proces? Cóż, synapsy są w stanie zapewnić ten efekt dzięki temu, że potrafią regulować poziom intensywności:

  • Neuroprzekaźników
  • Tempa przesyłu impulsu
  • Intensywności poszczególnych impulsów nerwowych

Transmisja chemiczna między neuronami zachodzi przez neuroprzekaźniki o zdolności do modyfikacji. Ale zanim przejdziemy do opisania zasady działania synaps elektrycznych, przyjrzyjmy się bliżej procesom związanym z synapsą chemiczną.

Zasada działania synaps chemicznych

Synapsy z chemicznego punktu widzenia mają bardzo specyficzne cechy, takie jak na przykład wysoka plastyczność. Innymi słowy, im bardziej aktywne są synapsy, tym łatwiej mogą przesyłać dalej wszelkiego rodzaju informacje.

  • Na początek mózg syntetyzuje neuroprzekaźnik i przechowuje go w pęcherzyku synaptycznym.
  • Następnie potencjał czynnościowy wywołuje zalanie błony presynaptycznej.
  • W kolejnym kroku przeprowadzana jest depolaryzacja presynaptycznego terminalu aksonowego, która powoduje otwarcie kanałów wapniowych (ich szerokość zależy od napięcia).
  • Wapń zaczyna wpływać przez kanały.
  • Jony wapnia powodują następnie połączenie pęcherzyka z błoną presynaptyczną.
  • Następnie poprzez egzocytozę do szczeliny synaptycznej uwalniany zostaje neuroprzekaźnik.
  • Ten neuroprzekaźnik wiąże się z odpowiednimi receptorami w błonie postsynaptycznej.
  • Następnie otwierają się lub zamykają poszczególne postsynaptyczne potencjały czynnościowe.
  • W kolejnym kroku przepływ prądu postsynaptycznego powoduje hamujący lub pobudzający potencjał postsynaptyczny, co zmienia poziom czułości komórki postsynaptycznej.
  • Na koniec błona pęcherzykowa w błonie plazmatycznej neuronu ponownie się uszczelnia i cały proces zostaje zakończony

Synapsy elektryczne

Synapsy elektryczne przesyłają informacje za pośrednictwem prądów lokalnych. Ten typ synaps również nie wprowadza opóźnienia synaptycznego (oznaczającego czas trwania połączenia między synapsami).

Zasada funkcjonowania tego rodzaju synapsy jest zupełnie odwrotny, niż to ma miejsce w przypadku synaps chemicznych. Oznacza to, że synapsy elektryczne są symetryczne, dwukierunkowe i cechują się niską plastycznością. Ta ostatnia cecha oznacza, że zawsze wysyłają informacje dokładnie w ten sam sposób.

To natomiast oznacza, że gdy w neuronie aktywuje się potencjał czynnościowy, zostaje on w identyczny sposób odtworzony w następnym neuronie znajdującym się w łańcuchu przewodnictwa nerwowego.

Czy oba typy synaps mogą współistnieć ze sobą?

Dziś wiemy już doskonale o tym, że synapsy chemiczne i elektryczne współistnieją w układach nerwowych większości żywych stworzeń i ich struktur mózgowych. Ale wciąż mamy wiele do odkrycia i zbadania na temat ich właściwości i rozmieszczeniu w mózgu oraz całym układzie nerwowym. Większość badań naukowych koncentruje się jednak na badaniu zasad działania synaps chemicznych. Wiemy o tym zagadnieniu już naprawdę mnóstwo.

Synapsy elektryczne

Z kolei nasz zasób wiedzy dotyczący synaps elektrycznych jest o wiele uboższy. W rzeczywistości ludzie uważali przez wiele dziesięcioleci, że tylko bezkręgowce i kręgowce zimnokrwiste mają synapsy elektryczne. Pogląd ten zmienił się całkowicie w momencie, gdy odkryto, że w mózgach ssaków synapsy elektryczne występują w naprawdę olbrzymich ilościach.

Wyniki najnowszych badań sugerują także, że oba rodzaje synaps (chemiczne i elektryczne) cały czas współpracują ze sobą i oddziałują na siebie wzajemnie. Wydaje się również, że są takie momenty, w których wydajność synaps elektrycznych dostosowuje się do bieżącej plastyczności synaps chemicznych, pomagając nam podejmować decyzje lub sprawiać, że wykazujemy różne reakcje na te same bodźce w różnych sytuacjach i okolicznościach.

  1. Pereda, A. E. (2014). Electrical synapses and their functional interactions with chemical synapses. Nature Reviews Neuroscience, 15(4), 250.
  2. Connors, B. W., & Long, M. A. (2004). Electrical synapses in the mammalian brain. Annu. Rev. Neurosci., 27, 393-418.
  3. Faber, D. S., & Korn, H. E. N. R. I. (1989). Electrical field effects: their relevance in central neural networks. Physiological reviews, 69(3), 821-863.