Ο ανθρώπινος εγκέφαλος είναι το βασικό μέσο της διανόησης με το οποίο μαθαίνουμε, συλλογιζόμαστε, ονειρευόμαστε, προγραμματίζουμε και φανταζόμαστε. Αυτή η νοητική ικανότητα εξαρτάται από τη μοναδική υφή του νευρικού ιστού και τη λειτουργία του νευρικού μας συστήματος το οποίο έχει πολύ περίπλοκη οργάνωση.

Ο ανθρώπινος εγκέφαλος και το νευρικό σύστημα αποτελούνται από 10.000 εκατομμύρια νευρικά κύτταρα καθένα από τα οποία «εκπυρσοκροτεί» τουλάχιστον μία φορά το δευτερόλεπτο, που σημαίνει ότι το νευρικό σύστημα βουίζει από το πήγαιν΄έλα 36 δισεκατομμυρίων ηλεκροπαλμών την ώρα. Πρόκειται για μία κοινωνία δραστήριων κυττάρων που ποτέ δεν ησυχάζουν.

Βασικό χαρακτηριστικό αυτής της οργάνωσης είναι ότι το συνολικό σύστημα είναι κάτι περισσότερο από το άθροισμα των μερών του. Επίσης αυτή η υψηλού επιπέδου οργάνωση του νευρικού δικτύου ήταν η αιτία της εκπληκτικής εξέλιξης του εγκεφάλου (καθώς τα νευρικά κύτταρα καθεαυτά δεν έχουν εξελιχτεί εδώ και 100 εκατομμύρια χρόνια).

Το νευρικό σύστημα είναι αυτό που συντονίζει την λειτουργία όλων των άλλων συστημάτων. Θα μπορούσαμε να το ονομάσουμε σαν κέντρο επικοινωνιών του οργανισμού.

Χωρίζεται στο Σωματικό Νευρικό Σύστημα που ελέγχει τις συνειδητές λειτουργίες (και χωρίζεται σε Περιφερικό Νευρικό Σύστημα (εγκεφαλικά και νωτιαία νεύρα) και σε Κεντρικό Νευρικό Σύστημα (εγκέφαλος και νωτιαίος μυελός) και το Αυτόνομο Νευρικό Σύστημα (συμπαθητικό και παρασυμπαθητικό σύστημα) που λειτουργεί αυτόνομα χωρίς την άμεση συμμετοχή της συνείδησης.

Το Κεντρικό Νευρικό Σύστημα (ΚΝΣ) δέχεται μηνύματα από το εσωτερικό και από το εξωτερικό περιβάλλον. Τα μηνύματα που δημιουργούνται από διάφορα ερεθίσματα που μεταφέρονται σαν νευρικές ώσεις μέσω των περιφερικών νεύρων. (αισθητική οδός). Στο ΚΝΣ τα μηνύματα αξιολογούνται και αν υπάρχει ανάγκη διαβιβάζονται εντολές (με τη μορφή νευρικών ώσεων) στα εκτελεστικά όργανα που είναι οι μύες και οι αδένες (κινητική οδός).

Το νευρικό σύστημα αποτελείται από α) νευρικά κύτταρα ή νευρώνες και β) από νευρογλοία.

Τα νευρογλοιακά κύτταρα είναι 10 έως 50 φορές περισσότερα από τους νευρώνες και παρόλο που δεν έχουν ουσιαστικό ρόλο στην επεξεργασία πληροφοριών στο νευρικό σύστημα, λειτουργούν σαν στηρικτικά στοιχεία, χορηγώντας το μυελώδες έλυτρο στους νευρώνες και σαν απορριματοσυλλέκτες των κυτταρικών υπολειμμάτων μετά από βλάβη ή νευρωνικό θάνατο.

Οι νευρώνες είναι οι δομικές και λειτουργικές μονάδες του νευρικού συστήματος

Είναι κύτταρα ειδικά στις επικοινωνίες και στη μεταβίβαση πληροφοριών από το ένα μέρος του σώματος στο άλλο. (Ένας νευρώνας μπορεί να επικοινωνεί απευθείας με μεγάλο αριθμό γειτόνων του, έως 270.000). Επίσης αντιδρώντας τόσο σε εξωτερικά ερεθίσματα όσο και σε εσωτερικά κρατούν το σώμα ενήμερο για ότι συμβαίνει και χάρη σ΄ αυτά ότι μπορούμε να δούμε, να ακούσουμε, να μυρίσουμε να γευθούμε και να αγγίξουμε ελέγχεται και διερευνάται προσεκτικά.

Κάθε νευρώνας αποτελείται από το κυτταρικό σώμα, τους δεντρίτες, τον νευράξονα και τα προσυναπτικά άκρα. Οι δεντρίτες είναι αποφυάδες του κυτταροπλάσματος και διακλαδίζονται εκτεταμένα. Μαζί με το σώμα είναι η κύρια περιοχή υποδοχής μηνυμάτων. Το σώμα περιέχει τον πυρήνα του νευρώνα ενώ το πιο εντυπωσιακό χαρακτηριστικό των νευρώνων είναι οι μεγάλου μήκους ινώδεις προεξοχές που αυξάνουν σημαντικά την απόσταση στην οποία ένας νευρώνας μπορεί να στείλει μήνυμα. Σε κάποιους νευρώνες το μήκος των νευραξόνων ξεπερνά το 1 μέτρο ενώ η διάμετρος τους φθάνει μέχρι και το 0,1mm. Υπάρχουν 2 είδη τέτοιων προεξοχών: οι δεντρίτες που μεταφέρουν μηνύματα προς το σώμα και οι νευράξονες που μεταφέρουν μηνύματα μακριά από το σώμα.

Η ταχύτητα διάδοσης ενός ερεθίσματος εξαρτάται κατά πολύ από τη διάμετρο του νευράξονα (όσο μεγαλύτερη διάμετρος τόσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα αγωγής της νευρικής ώσης). Πολλοί νευρώνες έχουν νευράξονες που περιβάλλονται από περίβλημα μυελίνης ,που επηρεάζει σημαντικά τη μεταβίβαση των νευρικών ώσεων. Οι τελικές απολήξεις των δενδρυλίων του νευράξονα έχουν στα άκρα διογκώσεις τα τελικά κομβία.

Κάθε νευράξονας σχηματίζει ένα ορισμένο αριθμό συνάψεων με άλλους νευρώνες και κάθε νευρώνας δέχεται συνάψεις από ένα ορισμένο αριθμό νευραξόνων. Ο αριθμός των συνάψεων μεταξύ των νευρικών κυττάρων του εγκεφάλου είναι 10 στην 14η ή 15η δύναμη. Ένας τυπικός νευρώνας σχηματίζει 1000-10.000 συνάψεις και δέχεται πληροφορίες από 1000 περίπου άλλους νευρώνες. Επίσης η πορεία των αναπτυσσόμενων νευραξόνων δεν είναι τυχαία αλλά κατευθυνόμενη.

Τα στρώματα μυελίνης σχηματίζουν τα κύτταρα του Schwann, που παρέχουν υποστηρικτικές και ανοσοποιητικές και μονωτικές ιδιότητες στα νευρικά κύτταρα. Το στρώμα μυελίνης που έχει ένας νευράξονας επιδρά σημαντικά στην ταχύτητα με την οποία οδηγείται η νευρική ώση κατά μήκος του. Επίσης το περίβλημα δεν είναι συνεχόμενο αλλά διακεκομμένο κάτι που βοηθάει στην αγωγή των νευρικών ώσεων, καθώς η νευρική ώση δεν διαδίδεται κατά συνεχή τρόπο κατά μήκος του νευράξονα αλλά «πηδά» από κενό σε κενό, αποφεύγοντας το μονωμένο μέρος του νευράξονα.

Επίσης στις απολήξεις των νευρώνων υπάρχουν τα προσυναπτικά άκρα τα οποία είναι υπεύθυνα για τη μετάδοση των νευρικών ώσεων από τον ένα νευρώνα στον άλλο, ή ακόμη από νευρώνα σε μυϊκό ή αδενικό κύτταρο. Χαρακτηριστικό είναι ότι οι ίνες προσαγωγής και απαγωγής των νευρικών κυττάρων ποτέ δεν έρχονται σ΄ επαφή φυσική με τις ίνες ενός γειτονικού κυττάρου. Σε κάθε σύναψη υπάρχει ένα μικρό χάσμα που γεφυρώνεται από μικρές ποσότητες μεταβιβαστικών ουσιών , που διεγείρουν τις ίνες άλλων νευρικών κυττάρων. Μία βασική ουσία μεταβιβαστική που διεγείρει τη νευρική λειτουργία είναι η ακετυλοχολίνη. Οι βιολόγοι δεν έχουν βρει ακόμη μία ικανοποιητική απάντηση στο πως αυτές οι μεταβιβαστικές ουσίες που παράγονται στο κύριο σώμα του κυττάρου μεταφέρονται στις απολήξεις της ίνας απαγωγής που καμία φορά φτάνει στο 1μ.

Ο αριθμός των νευρικών κυττάρων είναι πολύ μεγάλος.Μόνο στο φλοιό του εγκεφάλου έχει υπολογιστεί ότι υπάρχουν 15 δισεκατομμύρια κύτταρα.

Το μέγεθος τους ποικίλει από 4-140 μm.Επίσης το σχήμα τους ποικίλει πολύ. Μπορεί να είναι σφαιρικό, ωοειδές,ατρακτοειδές,αστεροειδές,ή πυραμοειδές. Το σχήμα τους εξαρτάται από τη λειτουργική αποστολή τους και τον αριθμό των αποφυάδων τους.

Ενδιαφέρον είναι επίσης ότι τα τυπικά εγκεφαλικά κύτταρα του φλοιού του εγκεφάλου είναι τριγωνικά και καλούνται πυραμιδικά κύτταρα, με δεντρίτες που εκφύονται από κάθε γωνία και τον άξονα που εκφύεται από μία πλευρά.

Υπάρχουν πολλά είδη νευρώνων:

Ανάλογα με τη λειτουργία τους οι νευρώνες διακρίνονται σε αισθητικούς, κινητικούς και ενδιάμεσους.

Οι αισθητικοί μεταφέρουν μηνύματα από την περιφέρεια στο ΚΝΣ (είναι δηλαδή κεντρομόλοι)ενώ οι κινητικοί νευρώνες μεταφέρουν μηνύματα- εντολές από το ΚΝΣ προς τα εκτελεστικά όργανα (φυγόκεντροι). Οι ενδιάμεσοι νευρώνες βρίσκονται μεταξύ των αισθητικών και κινητικών νευρώνων. Ο ρόλος τους είναι να κατευθύνουν τα μηνύματα των αισθητικών νευρώνων στις κατάλληλες περιοχές του ΚΝΣ καθώς επίσης και να μεταφέρουν μηνύματα από μία περιοχή του ΚΝΣ σε άλλη, και τελικά στους κατάλληλους κινητικούς νευρώνες.

Με βάση τη διάταξη και τον αριθμό των αποφυάδων τους οι νευρώνες διακρίνονται σε μονοπολικούς (με ένα νευράξονα χωρίς δενδρίτες), σε διπολικούς (με ένα νευράξονα και ένα δενδρίτη), ψευδομονοπολικούς (με μία αποφυάδα που διακλαδίζεται σε νευράξονα και δενδρίτη) και πολυπολικούς (με πολλούς δενδρίτες). Ο τελευταίος είναι ο πιο συχνός τύπος στα σπονδυλόζωα και είναι ο τύπος νευρικών κυττάρων που συναντάμε στη φαιά ουσία του νωτιαίου μυελού, στο φλοιό του εγκεφάλου και της παρεγκεφαλίδας και στα συμπαθητικά γάγγλια.

Οι νευρικές ώσεις είναι στην ουσία ηλεκτρικά μηνύματα που παράγονται στην πλασματική μεμβράνη των νευρώνων. Ο νευρώνας έχει την ικανότητα να μεταφράζει τη φυσική ενέργεια ενός ερεθίσματος σε ηλεκτρική δραστηριότητα, που διαφέρει ανάλογα με τις μορφές του ερεθίσματος.

Η παραγωγή και η διάδοση των νευρικών ώσεων οφείλεται στις ηλεκτρικές ιδιότητες των πλασματικών μεμβρανών.

Όπως στις μπαταρίες γίνεται διαχωρισμός των ηλεκτρικών φορτίων μεταξύ των 2 πόλων με αποτέλεσμα να δημιουργείται διαφορά δυναμικού μεταξύ των 2 πόλων με τον ίδιο τρόπο παρατηρείται διαφορά δυναμικού κατά μήκος των πλασματικών μεμβρανών. Το μέρος της μεμβράνης που είναι εκτεθειμένο στο κυτταρόπλασμα αποτελεί τον αρνητικό πόλο και η πλευρά που είναι σε επαφή με το εξωκυττάριο υγρό αποτελεί τον θετικό πόλο. Αυτή η διαφορά δυναμικού ονομάζεται δυναμικό μεμβράνης και σε ένα νευρώνα που βρίσκεται σε ηρεμία (δεν παράγει ώσεις) ονομάζεται δυναμικό ηρεμίας. Το δυναμικό ηρεμίας των νευρώνων είναι συνήθως -70 mV (πολύ μικρή διαφορά δυναμικού).

Τα νευρικά κύτταρα (όπως και τα μυϊκά) είναι κύτταρα ηλεκτρικά διεγέρσιμα.Όταν το κύτταρο βρίσκεται σε ηρεμία οι πύλες Να+ είναι κλειστές αλλά πολλές πύλες Κ+ είναι ανοιχτές με αποτέλεσμα το κύτταρο να είναι περισσότερο διαπερατό στο Κ+ παρά στο Να+. Όταν υπάρχει ένα ερέθισμα, ανοίγουν κάποια κανάλια Να+ με αποτέλεσμα να δημιουργηθεί ένα δυναμικό ενέργειας (νευρική ώση), καθώς ουσιαστικά έχει αντιστραφεί η πολικότητα της μεμβράνης. Το δυναμικό της μεμβράνης γίνεται θετικότερο φτάνει στα +30 mV , μέχρι που ανοίγουν οι πύλες στα κανάλια των ιόντων του καλίου και αρχίζει η διάχυση των ιόντων από μέσα προς τα έξω (επαναπόλωση), μέχρι να επανέλθει το δυναμικό ηρεμίας.

Το δυναμικό ενέργειας έχει 2 βασικά χαρακτηριστικά:

Καταρχήν ακολουθεί το νόμο του «όλα ή τίποτα», δηλαδή η εκπολωτική διέγερση θα προκαλέσει τη δημιουργία του δυναμικού ενέργειας αν και όταν φτάσει στην κατώφλια τιμή και μόνο τότε. Διεγέρσεις μικρότερης έντασης δεν προκαλούν παραγωγή δυναμικού ενέργειας.

Επίσης τα δυναμικά ενέργειας αποτελούν πάντα ξεχωριστά γεγονότα, δηλαδή το καθένα είναι αυτόνομο και αυτό γιατί αμέσως μετά την παραγωγή του δυναμικού ενέργειας η μεμβράνη καθίσταται ανερέθιστη για ένα πολύ σύντομο χρονικό διάστημα. Αυτή η περίοδος λέγεται ανερέθιστη περίοδος και για να δημιουργηθεί μία νέα ώση πρέπει το επόμενο ερέθισμα να φτάσει στον νευρώνα μετά από αυτή την περίοδο (αφού περάσουν 2msec, όσο διαρκεί το δυναμικό ενέργειας).