Было выяснено, что мембранный потенциал вследствие эффекта ионного насоса в зависимости от происходящих в ней активных химических процессов обеспечивает передвижение ионов через мембрану в направлении, противоположном градиентам их концентрации.
И тут назрела другая проблема: а что означает потенциал действия и потенциал покоя.
Исследователи пришли к мнению, что сигналы – это биоэлектрические токи, генерируемые поверхностной мембраной нейрона, которые перемещают заряд, обусловленный создаваемой в них концентрацией ионов натрия, калия, кальция и хлора. Изменение мембранного потенциала зависит от уровня потенциала покоя (–70 мВ) до (–55 мВ), который приводит к перемещению через мембрану положительно заряженных ионов. При этом возникает деполяризация мембранного потенциала по феномену «все или ничего» и достигает величины потенциально + 40 мВ. Вследствие этого положительно заряженные ионы, составляющие потенциал действия, перемещаются вдоль аксона, вызывая дополнительный эффект проникновения ионов (атомов) и деполяризацию мембраны в зоне каждого перехвата Ранвье. В итоге потенциал действия не истощается, а перемещается от одного перехвата Ранвье к другому сальтаторно (скачкообразно), без потери энергии, не затухая и сохраняя постоянство амплитуды.
Вслед за объяснением потенциала действия (спайк-потенциала) стало понятно значение потенциала покоя, который с эффектом ионного насоса составляет около –70 мВ.
Существуют местные потенциалы, которые распространяются на 1–2 мм и появляются в местах возникновения или торможения сигналов, обычно в дендритах.
Синаптический потенциал возникает под воздействием медиаторов в постсинаптической мембране.
В настоящее время этот феномен объясняет взаимодействие натрий-калиевой АТФазы как пример антипорта и активного транспорта. Натрий-калиевая АТФаза переносит в клетку ионы калия, а из клетки – ионы натрия, и где АТФаза выполняет роль транспорта, которая изнутри клетки «забирает» три иона натрия и затем расщепляет молекулу АТФ, присоединяя к себе фосфат, «выбрасывает» ионы натрия, в то же время отсоединяя фосфат, входят два иона калия внутрь клетки.
В итоге во внеклеточной среде создается высокая концентрация ионов натрия, а внутри клетки – высокая концентрация калия. Работа натрия-калия-АТФазы создает не только разность концентраций, но и разность зарядов. На внешней стороне мембраны создается положительный заряд, на внутренней – отрицательный.
Обоснованию теории происхождения потенциалов способствовали исследования Дюбуа-Реймона Эмиля Генриха (1818–1896), Юлиуса Бернштейна (1839–1817), Чарлза Скотта Шеррингтона (1857–1852), Ходжкина Алана Алойда (1914–1998), Хаксли Андрю Бредфорда, Джона Эклсона (1903–1997), и все эти изыскания в этом направлении проходили в течение полувека двадцатого столетия.
Немаловажным фактором в науке является приоритет открытия. Требование времени заключалось в том, что изобретение должно быть своевременно опубликовано, особенно, если в дальнейшем оспаривается авторство настоящего открытия. Ученые ведущих экономических стран ХХ века вышли на стартовую площадку, чтобы понять материалистическую природу нервной организации живого мира.
Материалисты и идеалисты еще продолжали оспаривать первичность мироздания, а требование времени, как ветер, уносило в неизвестность ненужные споры. Были компромиссы, но они чаще носили философский характер.
Так, например, Чарлз Шеррингтон о своей позиции, как философ, выразил свое кредо в тезисе дуалистического видения мира, что это две замкнутые и несообщающиеся между собой системы действительности, и таким образом обосновывал свободу научного эксперимента в религиозном мире.
В двадцатом веке начался научный поиск универсальности нервной деятельности человека с позиции гуманистической философии.
Следующее открытие связано с поиском химической передачи нервного импульса.
Нейротрансмиттеры – это химические соединения, относящиеся к лигандам, которые синтезируются в теле нейрона. Следует отметить, что кванты медиаторов в процессе аксонального тока попадают в окончания аксона, и в результате, когда окончаний аксона достигает нервный импульс, то в этот момент кванты медиатора попадают в синаптическую щель, обеспечивая формирование нервного импульса в последующем нейроне, вследствие взаимодействия с постсинаптическими рецепторами, при котором изменяется проницаемость постсинаптической мембраны.
Классическими медиаторами являются ацетилхолин, дофамин, норадреналин, серотонин, глицин, гамма-амино-маслянная кислота. Эту химическую передачу нервного импульса первым установил австрийский физиолог Отто Леви (1873–1961).
Еще раз подчеркнем, что, говоря о нейромедиаторах, мы имеем в виду, что это неотъемлемые компоненты нейрона. Была обозначена роль лиганд биологических активных веществ как носителей регулирующей информации, мишенью которых служат специализированные рецепторы органов и тканей. Это стало новым направлением в нейрофармакологии. Так было установлено, что лиганды связываются только с определенными рецепторами, и от активности этого взаимодействия зависит степень родства лиганда и рецептора, а также объем связывания нейротрансмиттера от насыщаемости рецепторов.
Таким образом, фармакологическое действие лекарственных средств оказывается возможным благодаря активным центрам молекул, которые обладают свойствами, подобными лигандам природных регуляторов. На этом принципе основаны разработки, препаратов обладающих не столько антидепрессивным, сколько модулирующим действием на нейрон. Общие закономерности лигандорецепторного действия лежат в основе фармакологического эффекта, когда молекулы препарата могут вступать в контакт с нейроном, рецепторами органов и тканей.
Понимание о нейронах и его свойствах шло в духе перемен научных воззрений в обществе. Противоречия теоретических представлений с практическими возможностями использования результатов исследований привели к возникновению новой необходимости пересмотра научных позиций. Новой научной эпохе понадобилась универсальная гипотетическая теория, которая объединяет физико-математические познания всех известных фундаментальных исследований. На основе уравнений Максвелла нашло продолжение декартовское близкодействие взаимодействия и ньютоновское дальнодействие, которые были преобразованы в единую теоретическую схему, а именно, явления электричества, магнетизма и оптики в единую составляющую теорию электромагнетизма.
Далее было оценено явление гравитации Давидом Гильбертом, Германом Вейлем и Альбертом Эйнштейном, которые объединили теорию относительности и электромагнетизма в квантовую механику.
Вследствие фундаментальных взаимодействий гравитационного, электромагнитного, сильного ядерного, слабого ядерного взаимодействия квантовых частиц явления интерференции и резонанса должны найти отражение в живой материи, которые поддерживают феномен нервной системы – сознание, что дает предпосылки для развития новых положений о функции нейрона, и одна парадигма сменит другую, придя на смену теории ионного взаимодействия, и будут рассматриваться другие нейронные связи на основе нанотехнологии.
Второй тезис Рамона-и-Кахаля в 1982 году был о нейротрофической регуляции. Сущность этой концепции – в диалектической связи формы и содержания. Структура нейрона включает в себя мембрану, протоплазму, аппарат Гольджи, спонгиоплазму и нейрофибриллы. Эти нейрофибриллярные нити рассматривались как независимые единицы, названные нейробионами; в этих структурах «адсорбируется возбудительная энергия», а миофибриллы участвуют в процессе нейропластичности и нейротрофичности в шванновских клетках.
Рита Леви-Монтальчини (1909–2012) подвердила в своих работах о нейротрофических ростовых факторах, что позволило внести новое содержание в современное представление о компенсаторных функциях мозга и его пластичности.
Формы пластичности многообразны: синаптические, мембранные, молекулярные и морфологические. В настоящее время отмечены некоторые компоненты нейропластичности, а это изменение порога возбудимости потенциал-связанных мембранных каналов клеток, и медиаторная реорганизация, и изменение аффинности рецепторов, структуры и активности синапсов, и формирование новых синапсов, и реконструкция конфигурации дендритов.
Во многих модельных исследованиях задокументирована регенерация нервных структур вследствие воздействия нейротрофилов. Это поддерживающее действие легло в основу нейропротекции, которое направлено на предотвращение дегенерации нейронов, стимуляции синаптической пластичности, защиты клеток мозга от окислительного стресса и апоптоза, ослабления депозиции амилоидных образований, стимуляции нейрогенеза и предотвращения медиаторного дефицита.
