Neuroni
Neuroni eli hermosolu on hermokudoksen solu, joka välittää hermoimpulsseja. Muita hermokudoksessa esiintyviä soluja ovat muun muassa gliasolut. Vaikka neuroneita kutsutaan usein hermosoluiksi, kaikki neuronit eivät osallistu hermojen muodostamiseen. Selkärankaisilla neuroneja on aivoissa, selkäytimessä sekä ääreishermoston hermoissa ja ganglioissa eli neuroniryppäissä. Neuronien päätehtävänä on käsitellä ja välittää informaatiota.
Neuroneja on sekä sensorisia että motorisia, ja tiedonvälitys hermostossa voi olla joko sähköistä (hermoimpulssit) tai kemiallista. Tuovat hermosyyt tuovat aistinelimistä (sensorista, aisteihin perustuvaa) informaatiota keskushermostoon ja vievät hermosyyt vievät käskyjä esimerkiksi keskushermostosta luustolihaksiin sekä autonomiseen hermostoon.Yksi neuronin erikoisominaisuuksista on sen ärsykeherkkä solukalvo, joka mahdollistaa aktiopotentiaalien eli sähköisten impulssien syntymisen ja niiden avulla tapahtuvan informaationkulun.
Neuronit ovat epäsymmetrisiä ja ne koostuvat kolmesta osasta: soomasta eli solukeskuksesta, dendriiteistä ja aksonista.
Sooma on hermosolun runko-osa, risteymäkohta neuronin haarakkeiden eli dendriittien (tuojahaarake) ja aksonin (viejähaarake) välillä. Solun tuma sijaitsee soomassa ja siellä tapahtuu suurin osa solun toiminnoista, kuten proteiinisynteesi.
Tuojahaarakkeet eli dendriitit ovat haarautuneita, soomasta lähteviä ristikkosolun haarakkeita. Rakennetta kutsutaan usein "dendriittipuuksi", ja dendriitin nimi onkin tästä peräisin. Neuronilla on yleensä useita dendriittejä, ihmisen hermostossa keskimäärin 10 000 kappaletta neuronia kohden. Dendriittipuuta on perinteisesti pidetty neuronin pääasiallisena tiedonkeräämisvälineenä, mutta myös informaation ylivuotoa esimerkiksi dendriiteistä toisiin neuroneihin tiedetään tapahtuvan.
Viejähaarake eli aksoni on kaapelimainen väylä, jonka pituus voi olla jopa kymmentuhatkertainen soomaosan halkaisijaan nähden. Esimerkiksi ihmisessä on peräti yli metrin mittaisia aksoneja. Aksoni kuljettaa neuroniin tulleen hermoimpulssin eteenpäin synapsin välityksellä joko toiseen neuroniin tai kohde-elimeen. Useimmiten neuronissa on vain yksi aksoni, jonka tyviosa liittyy soomaan aksonikeon kohdalla. Aksonin pää on runsaasti haaroittunut mahdollistaen näin viestinviennin useille muille neuroneille tai kohdesoluille. Ihmisellä ääreishermostossa neuronin aksonia peittää usein Schwannin soluista rakentuva myeliinituppi, joka toimii eristeenä. Myelinisoituneessa aksonissa hermoimpulssi kulkee nopeammin (100 m/s) kuin myelinisoitumattomassa. Keskushermostossa myeliinituppia muodostavat Schwannin solujen sijasta oligodendrosyytit. Aksoneita, jotka kuljettavat hermoimpulsseja kohti keskushermostoa, kutsutaan afferenteiksi ja keskushermostosta poispäin hermoimpulsseja kuljettavia aksoneita kutsutaan puolestaan efferenteiksi. Esimerkiksi hypotalamuksen sisäisiä aksoneita sanotaan "intrinsisiksi". (Kaikilla intrinsisillä neuroneilla eli "interneuroneilla" ei edes ole aksonia, tai se on suhteessa hyvin lyhyt.)
Kahden neuronin välillä olevaa yhteyttä kutsutaan synapsiksi. Jos neuroni liittyy lihassoluun, kutsutaan niiden yhtymäkohtaa hermo-lihasliitokseksi. Yhden neuronin yhteydet kasvavat ihmisellä aivoissa vastasyntyneen noin 2500 yhteydestä per neuroni 20-vuotiaan noin 15 000 yhteyteen per neuroni.
Neuronilla on yksi aksoni, jota pitkin se lähettää hermoimpulsseja. Aksoni haarautuu moneen otteeseen ja päättyy synapseihin, jotka kytkeytyvät muiden neuronien dendriitteihin, soomaan, toiseen aksoniin tai kohdesoluun. Hermoimpulssin voimakkuus ei voi koskaan vaihdella – se on aina samansuuruinen ja lähettää signaalin jokaiseen aksonin haaraan. Hermoimpulssien taajuus sen sijaan voi vaihdella. Lepotilassa neuroni lähettää impulssin suuruusluokkaa 10 kertaa sekunnissa. Nopeimmillaan neuroni pystyy noin 100 impulssin sekuntivauhtiin ja hitaimmillaan impulssit voivat lakata kokonaan.
Neuronin toimintaan vaikuttavat siihen tulevien ärsykkeiden voimakkuus ja laatu. Osa ärsykkeistä on "eksitoivia" eli neuronin toimintaa kiihdyttäviä, toiset taas "inhiboivia" eli toimintaa ehkäiseviä. Muualta tulevat impulssit välittyvät synapsiraon läpi dendriittiin, joka vaikuttaa neuronissa vallitsevaan potentiaaliin eli jännite-eroon – eksitoivat dendriitit kasvattavat potentiaalia, inhiboivat taas vähentävät sitä.
Neuronin solukalvolla on ionipumppuja ja muita soluelimiä, jotka pumppaavat toisia ioneja ulos solusta ja toisia soluun sisään. Näiden pumppujen toiminta kasvattaa jännite-eroa solukalvon eri puolilla siten, että potentiaali kasvaa ennen pitkää riittävän suureksi ja aiheuttaa sen purkautumisen hermoimpulssina, joka kulkee soomasta kohti aksonin kärkiä. Dendriittien toiminta edesauttaa tai hidastaa tätä potentiaalin kasvua ja siten neuronin syketahtia.
Neuronin toiminta muuttuu ajan kuluessa tilanteisiin reagoiden. Pitkään kiihdytetty solu alkaa väsyä jo energian puutteesta eikä jaksa enää sykkiä normaalilla nopeudella. Samoin synapsissa olevat välittäjäaineet kuluvat jatkuvassa käytössä nopeammin kuin niitä ehditään tuottaa ja palauttaa, jolloin synapsin kautta tulevan signaalin vahvuus alkaa heikentyä.
Yksi neuroni tuhoutuu 0,5 Br vahvuisesta iskusta ihmisen pääkalloon. Sen takia mm. nyrkkeilijöillä on normaalia vähemmän neuroneja. Neuronien jatkuva tuhoutuminen on usein haitaksi aivojen toiminnolle ja terveydelle.
Tutkijat uskoivat aina vuoteen 1998, ettei uusia neuroneita syntyisi enää aikuisiällä. Tutkimus on kuitenkin osoittanut, että hajukäämissä ja hippokampuksessa syntyy uusia neuroneita, joita tarvitaan ainakin suunnistukseen liittyvän paikkatiedon oppimisessa ja muistamisessa, tapahtumien ajankohdan muistamiseen sekä työmuistin sisältämien tietojen siirtämiseen säilömuistiin.
Neuronien väliset yhteydet muuttuvat ja kehittyvät ihmisen sisäisen ajattelun ja kokemusten, ulkoisen ympäristön kautta. Voidaan siis sanoa, että 20-vuotiaana ihmisen "rakenteellinen", neuronikytkentöihin perustuva tapa ajatella on pääosin muodostunut. Sen päälle tuleva oppimiseen perustuva tapa ajatella voi vielä muuttua koko ihmisen eliniän ajan.
Neuroni oppii pidemmällä aikavälillä sopeuttamaan toimintaansa. Sen dendriitit voivat kasvaa tehokkaammiksi tai surkastua pienemmiksi käytön mukaan. Samoin sen aksonikärjet voivat haarautua ja levitä muualle sopivien kasvuaineiden ollessa läsnä. Esimerkiksi jos synapsin toisella puolella oleva neuroni kuolee, aksoni lähtee etsimään uutta neuronia, johon yhdistyä. Solun aksoni itse asiassa kasvaa jatkuvasti, mutta synapsin löytäessään aksonin kärki alkaa tuhota itseään kasvuvauhdilla, jolloin aksoni näyttää pysähtyvän.
Jos neuronin dendriitit eivät enää saa impulsseja jotka saisivat hermosolun toimimaan (liipaistuksi), dendriitit (vastaanottimet) alkavat surkastua ja ennen pitkää koko solu tuhoutuu. Tämä on lapsen aivojen kehityksessä normaalia turhien yhteyksien karsimista – merkittävä osa vauvan aivojen neuroneista tuhoutuu murrosikään mennessä. Neuroneita voi kuitenkin tuhoutua myös hapenpuutteen, kasvaimen, aivoverenvuodon aiheuttaman paineen tai fyysisen iskun seurauksena.
Neuronin sisällä on myös lukuisia soluelimiä, joiden tarkka merkitys neuronin impulssien lähettämiselle on vielä epäselvä. Onkin mahdollista, että neuroni tallentaa jotain tietoa toiminnastaan näihin elimiinsä ja tavallaan voi "muistaa" historiaansa .