神経シナプスは神経系の基本的な構成要素であり、ニューロン間の情報伝達を可能にします。このプロセスにおいて、情報は電気的および化学的シグナルを介してニューロンからニューロンへと伝達されます。シナプスの構造は複雑で、軸索終末、シナプス小胞、神経伝達物質、シナプス後受容体などから構成されています。シナプスには興奮性シナプスや抑制性シナプスなど様々な種類があり、脳内での情報伝達においてそれぞれ異なる役割を果たします。神経シナプスの機能は、学習、記憶、運動協調、その他の認知機能といったプロセスに不可欠です。
神経系におけるニューロンの接続方法にはどのようなものがありますか?
シナプスは、神経系におけるニューロン間の特殊な結合であり、電気的および化学的信号の伝達を可能にします。ニューロン間の結合には様々な種類があり、軸索樹状突起シナプス、軸索体シナプス、軸索軸索シナプスの3つの主要な種類に分類できます。
軸索樹状突起シナプスとは、あるニューロンの軸索が別のニューロンの樹状突起と結合するシナプスです。これは神経系において最も一般的なシナプスの形態であり、あるニューロンから別のニューロンへの情報伝達を担っています。軸索体細胞シナプスとは、あるニューロンの軸索が別のニューロンの細胞体と直接結合するシナプスです。これらのシナプスは、ニューロン活動の調節や、異なる発生源からの信号の統合に重要な役割を果たします。
最後に、軸索シナプスとは、あるニューロンの軸索が別のニューロンの軸索と結合するシナプスです。このシナプスはあまり一般的ではありませんが、ニューロン活動の調節や神経系内の情報の流れの調整において重要な役割を果たします。
それぞれのタイプのシナプスには特定の機能があり、神経系の複雑さと有効性に貢献します。
神経シナプスがどのように機能するかを 15 語で理解します。
神経シナプスとは、ニューロン間の接続部であり、化学的および電気的な情報の伝達が行われる場所である。
神経伝達物質はシナプス間隙に放出され、シナプス後膜上の受容体に結合する。
これにより、興奮性または抑制性のシナプス後電位が発生し、神経インパルスの伝達に影響を与える。
神経系には、興奮性シナプスや抑制性シナプスなど、さまざまな種類のシナプスがあり、それぞれが特定の機能を果たしている。
神経シナプスがどのように機能するかを理解することは、脳がどのように情報を処理するかを理解するために不可欠です。
シナプスがどのように機能するか、そして神経系におけるその重要性を理解します。
シナプスは神経系の機能における基本的な構造であり、ニューロン間の情報伝達を担っています。神経細胞間の情報伝達や脳と身体の活動の調整に不可欠です。
シナプスでは、神経伝達物質を介して情報伝達が行われます。神経伝達物質は、あるニューロンから放出され、別のニューロンに取り込まれる化学物質です。これらの神経伝達物質は、伝達ニューロンの軸索末端にあるシナプス小胞から放出され、受信ニューロンの膜上の受容体に結合して神経インパルスを引き起こします。
シナプスには、電気シナプスと化学シナプスの2種類があります。電気シナプスでは、ニューロン間でイオンが直接通過することで情報伝達が行われ、神経インパルスの伝達速度が速くなります。一方、化学シナプスでは、神経伝達物質を介して情報伝達が行われ、伝達される信号のより高度な調節と制御が可能になります。
シナプスは、感覚情報の統合、筋肉運動の調整、呼吸や血液循環といった生命維持機能の調節を可能にするため、神経系の機能にとって極めて重要です。また、記憶、学習、感情といった認知プロセスにも関与しています。
その適切な機能は、恒常性と個人の健康を維持するために不可欠です。
ニューロン間の信号伝達に関与する構造、すなわちシナプスの部分を探ります。
シナプスは、ニューロン間の信号伝達を担い、神経系内の情報伝達を可能にする構造です。シナプスは、このプロセスにおいて特定の機能を果たす複数の部分で構成されています。
シナプスの主要部分の一つは軸索終末で、ここからシナプス間隙に神経伝達物質が放出されます。これらの神経伝達物質は、ニューロンからニューロンへと信号を伝達する化学物質です。もう一つの重要な部分はシナプス間隙で、これは軸索終末とシナプス後膜の間の空間です。
シナプス後膜には神経伝達物質に対する特異的な受容体が存在し、神経伝達物質はこれらの受容体に結合してシナプス後ニューロンに反応を引き起こします。この反応には、イオンチャネルの開口、ニューロンの活動電位の変化、そして信号の伝播などが含まれます。
シナプスには、電気シナプスと化学シナプスなど、様々な種類があります。電気シナプスでは、ニューロンはギャップ結合によって接続されており、イオンがニューロン間で直接通過できます。化学シナプスでは、神経伝達物質を介して伝達が行われます。
これらの構造がどのように機能するかを理解することは、脳がどのように情報を処理し、体の機能を制御するかを理解するために不可欠です。
神経シナプス：構造、種類、そしてその働き
神経シナプスとは、2つのニューロンの末端ボタンが結合して情報を伝達する部分である。この場合、一方のニューロンがメッセージを送信し、もう一方のニューロンの一部がそれを受信する。
したがって、通信は一般的に一方向、つまりあるニューロンまたは細胞の終末ボタンから別の細胞の膜へと行われますが、例外もあります。1つのニューロンは数百のニューロンから情報を受け取ることができます。
各ニューロンは他の神経細胞の末端ボタンから情報を受け取り、次に後者の末端ボタンが他のニューロンとシナプスを形成します。
主な概念
終末ボタンは、シナプスで情報を送る軸索の末端にある小さな肥厚部分と定義されます。軸索は、ニューロンの核から終末ボタンまでメッセージを伝達する、細長い「ケーブル」の一種です。
神経細胞の末端ボタンは細胞体または樹状突起の膜とシナプス結合することができます。
細胞体にはニューロンの核が含まれており、細胞が自己維持するための機構を備えています。一方、樹状突起は細胞体から伸びる樹状のニューロンの枝です。
活動電位がニューロンの軸索を伝わると、終末ボタンから化学物質が放出されます。これらの化学物質は、接続先のニューロンに興奮性または抑制性の作用を及ぼします。最終的に、これらのシナプスの作用が私たちの行動を引き起こします。
活動電位は、ニューロン内の情報伝達プロセスの産物です。軸索膜における一連の変化が、化学物質、つまり神経伝達物質の放出を引き起こします。
ニューロンは、ニューロン間で情報を送信する方法として、シナプスで神経伝達物質を交換します。
神経シナプス構造
ニューロンはシナプスを介して通信し、神経伝達物質の放出によってメッセージが伝達されます。これらの化学物質は、終末ボタンとシナプスを形成する膜の間の液体空間に拡散します。
シナプス前神経
末端ボタンから神経伝達物質を放出するニューロンはシナプス前ニューロンと呼ばれ、情報を受信するニューロンはシナプス後ニューロンと呼ばれます。
後者が神経伝達物質を捕捉すると、いわゆるシナプス電位、つまりシナプス後神経膜の電位の変化が生成されます。
細胞が情報伝達を行うには、特殊な受容体によって感知される化学物質（神経伝達物質）を分泌する必要があります。これらの受容体は特殊なタンパク質分子で構成されています。
これらの現象は、物質を放出するニューロンとそれを捕捉する受容体との間の距離によって単純に区別されます。
シナプス後ニューロン
このように、神経伝達物質はシナプス前ニューロンの終末ボタンから放出され、シナプス後ニューロンの膜上に位置する受容体によって検出されます。この伝達が起こるためには、両方のニューロンが近距離に位置している必要があります。
シナプス空間
しかし、一般に考えられているのとは反対に、化学シナプスを形成するニューロンは物理的に接続されているわけではありません。実際には、ニューロン間にはシナプス間隙またはシナプス間隙と呼ばれる空間が存在します。
この隙間はシナプスごとに異なるようですが、通常は約20ナノメートルの幅です。シナプス間隙内のフィラメントのネットワークが、シナプス前ニューロンとシナプス後ニューロンの配列を保っています。
活動電位
2 つのニューロンまたはニューロンシナプス間で情報交換が行われるためには、まず活動電位が必要です。
この現象は、信号を送るニューロンで発生します。この細胞の膜は電荷を帯びています。実際、私たちの体内のすべての細胞の膜は電荷を帯びていますが、活動電位を引き起こすことができるのは軸索だけです。
ニューロンの内側と外側の電位差を膜電位と呼びます。
ニューロンの内側と外側の間のこうした電気的変化は、ナトリウムやカリウムなどの既存のイオンの濃度によって媒介されます。
膜電位の急速な反転が起こると、活動電位が発生します。これは、ニューロンの細胞体または核から終末ボタンへと軸索を通して伝達される短い電気インパルスで構成されます。
活動電位が発生するには、膜電位が一定の興奮閾値を超える必要があることを付け加えておきます。この電気インパルスは、末端ボタンから放出される化学信号に変換されます。
シナプスはどのように機能するのでしょうか?
ニューロンにはシナプス小胞と呼ばれる袋状の組織が含まれており、大きさは様々です。すべての終末ボタンには、神経伝達物質分子を運ぶ小さな小胞が含まれています。
小胞は細胞体にあるゴルジ体と呼ばれる機構によって生成され、終末芽の近くまで輸送されます。しかし、終末芽において「リサイクル」された物質から生成されることもあります。
活動電位が軸索に沿って送られると、細胞は脱分極（興奮）します。その結果、ニューロンのカルシウムチャネルが開き、カルシウムイオンが流入できるようになります。
これらのイオンは、終末部にあるシナプス小胞の膜分子に結合します。この膜が破壊され、終末部膜と融合します。その結果、神経伝達物質がシナプス間隙へ放出されます。
細胞の細胞質は残った膜断片を捕らえて嚢に運び、そこで再利用されて新しいシナプス小胞を作ります。
シナプス後ニューロンには、シナプス間隙内の物質を捕捉する受容体があります。これらはシナプス後受容体と呼ばれ、活性化されるとイオンチャネルを開きます。
これらのチャネルが開くと、特定の物質がニューロンに入り込み、シナプス後電位を引き起こします。これは、開いたイオンチャネルの種類に応じて、細胞に興奮性または抑制性の作用を及ぼします。
通常、興奮性シナプス後電位はナトリウムが神経細胞に入るときに発生し、抑制性シナプス後電位はカリウムの放出または塩化物の流入によって生成されます。
ニューロンへのカルシウムの流入は興奮性シナプス後電位を引き起こすだけでなく、細胞に生理学的変化をもたらす特殊な酵素も活性化します。例えば、シナプス小胞の移動と神経伝達物質の放出を引き起こします。
また、学習後のニューロンの構造変化も促進します。
シナプスの終点
シナプス後電位は一般に非常に短く、特殊なメカニズムによって終了します。
その一つは、アセチルコリンエステラーゼと呼ばれる酵素によるアセチルコリンの不活性化です。神経伝達物質分子は、シナプス前膜に存在するトランスポーターによる再取り込みまたは再吸収によってシナプス間隙から除去されます。
したがって、シナプス前ニューロンとシナプス後ニューロンの両方に、周囲の化学物質の存在を捕捉する受容体があります。
ニューロンが放出または合成する神経伝達物質の量を制御する、自己受容体と呼ばれるシナプス前受容体があります。
シナプスの種類
電気シナプス
電気的神経伝達はそれらの内部で行われ、2つのニューロンはギャップジャンクションと呼ばれるタンパク質構造を介して物理的に接続されています。
これらの構造により、一方のニューロンの電気的特性の変化がもう一方のニューロンに直接影響を与え、またその逆も可能になります。こうして、2つのニューロンはあたかも1つのニューロンであるかのように機能します。
化学シナプス
これらのニューロンでは化学的な神経伝達が起こります。シナプス前ニューロンとシナプス後ニューロンはシナプス間隙によって隔てられています。シナプス前ニューロンにおける活動電位が神経伝達物質の放出を引き起こします。
これらはシナプス間隙に到達し、シナプス後ニューロンに作用を及ぼすようになります。以下のビデオ（英語ですが）では、化学シナプスの仕組みをご覧いただけます。
興奮性シナプス
興奮性ニューロンシナプスの例としては、火傷を負ったときの逃避反射が挙げられます。感覚ニューロンは、樹状突起を刺激することで熱い物体を感知します。
このニューロンは軸索を通して脊髄にある終末ボタンへと信号を送ります。感覚ニューロンの終末ボタンは神経伝達物質と呼ばれる化学物質を放出し、同期するニューロン、具体的には介在ニューロン（感覚ニューロンと運動ニューロンの間を仲介するニューロン）を興奮させます。
これにより、介在ニューロンは軸索に沿って情報を送信します。そして、介在ニューロンの終末ボタンから運動ニューロンを興奮させる神経伝達物質が分泌されます。
このタイプのニューロンは軸索に沿って信号を送り、軸索は神経とつながって標的の筋肉に到達します。運動ニューロンの末端ボタンから神経伝達物質が放出されると、筋細胞は収縮して熱い物体から離れます。
抑制性シナプス
このタイプのシナプスはもう少し複雑です。次の例で説明できます。オーブンから非常に熱いトレーを取り出す場面を想像してみてください。火傷を防ぐためにオーブンミットを使用しますが、ミットは少し薄く、熱に圧倒されてしまいます。トレーを床に投げ捨てるのではなく、表面に置かれるまで熱に耐えるようにしてください。
痛みを伴う刺激に対する私たちの体の離脱反応は、物体を手放すように促しますが、私たちはこの衝動をコントロールしています。この現象はどのようにして起こるのでしょうか？
トレイからの熱が感知され、運動ニューロンの興奮性シナプスの活動が増加します（前のセクションで説明した通り）。しかし、この興奮は別の構造、つまり脳からの抑制によって打ち消されます。
これは、トレイを放したら大惨事になる可能性があるという情報を伝えます。そのため、脊髄にメッセージが送られ、逃避反射が抑制されます。
このために、脳のニューロンから出た軸索は脊髄に到達し、そこで終末ボタンが抑制性介在ニューロンとシナプス結合します。この介在ニューロンは抑制性神経伝達物質を分泌し、運動ニューロンの活動を抑制して、逃避反射を阻害します。
重要なのは、これらは単なる例に過ぎないということです。実際には、これらのプロセスはもっと複雑で（特に抑制性のプロセス）、数千ものニューロンが関与しています。
シナプスの発生場所による分類
軸索樹状突起シナプス：このタイプでは、終末ボタンが樹状突起の表面に接続します。あるいは、一部のニューロンでは、樹状突起にある小さな膨らみである樹状突起棘を介して接続されます。
– 軸索体シナプス：これらのシナプスでは、終末ボタンがニューロンの体細胞または核と同期します。
軸索間シナプス：シナプス前細胞の終末ボタンがシナプス後細胞の軸索に接続します。このタイプのシナプスは、他の2つのタイプとは異なる働きをします。その機能は、終末ボタンから放出される神経伝達物質の量を増減させることです。つまり、シナプス前ニューロンの活動を促進または抑制します。
樹状突起シナプスも発見されていますが、神経伝達におけるその正確な役割は現在不明です。
神経シナプスで放出される物質
ニューロン間のコミュニケーションにおいては、セロトニン、アセチルコリン、ドーパミン、ノルアドレナリンなどの神経伝達物質が放出されるだけでなく、神経調節物質などの他の化学物質も放出されることがあります。
脳の特定の領域にある多くのニューロンの活動を調節することから、そのように名付けられました。神経伝達物質よりも大量に分泌され、より長い距離を移動し、より広範囲に拡散します。
もう一つの物質はホルモンです。ホルモンは、胃、腸、腎臓、脳など、体の様々な部位にある内分泌腺の細胞から分泌されます。
ホルモンは細胞外液（細胞の外）に放出され、毛細血管に捕捉されます。そして、血流を通して全身に分布します。これらの物質は、それらを捕捉する特殊な受容体を持つニューロンに結合することができます。
このように、ホルモンは、それを受け取るニューロンの活動を変化させることで行動に影響を与える可能性があります。例えば、テストステロンはほとんどの哺乳類において攻撃性を高めるようです。
参照
- Carlson, N.R. (2006). 『行動生理学』第8版. マドリッド: ピアソン. pp: 32-68.
- Cowan, W. M., Südhof, T. & Stevens, C. F. (2001). シナプス. メリーランド州ボルチモア: ジョンズ・ホプキンス大学出版局.
- 電気シナプス。（日付なし）。28年2017月7日閲覧。チリ・ポンティフィカル・カトリック大学：XNUMX.uc.cl。
- Stufflebeam, R. (n.d.). ニューロン、シナプス、活動電位、神経伝達. 28年2017月XNUMX日閲覧、CCSI: mind.ilstu.edu.
- Nicholls, JG, Martín, AR, Fuchs, PA & Wallace, BG (2001). 『ニューロンから脳へ』第4版. サンダーランド, MA: Sinauer.
- The Synapse (n.d.). 28年2017月XNUMX日閲覧、ワシントン大学（faculty.washington.edu）より。