Spis treści

Wprowadzenie

Przeczytaj

Animacja

Sprawdź się

Dla nauczyciela

Grafika przedstawia mikrowłókienka neuronu kry mózgowej. Komórki te mają nieregularny kształt o poszarpanych krawędziach. Połączone są ze sobą za pomocą długich, cienkich, nitkowatych aksonów.

Strukturalne i funkcjonalne typy neuronów

Mikrowłókienka neuronu kory mózgowej myszy w połowie trzeciego dnia neurogenezy in vitro. Zdjęcie spod mikroskopu konfokalnego.

Źródło: Howard Vindin, Wikimedia Commons, licencja: CC BY-SA 4.0.

Neuron, czyli komórka nerwowa, jest podstawowym elementem układu nerwowego. To właśnie neurony odpowiadają za to, że możemy czytać ten tekst, a także za to, że odczuwamy ból i  poruszamy naszym ciałem. W ludzkim układzie nerwowym jest kilkanaście miliardów neuronów (nicienie mają ich 300, a muszka owocowa – 300 tysięcy).

Komórki nerwowe wykazują duże zróżnicowanie morfologiczne i w mniejszym zakresie – czynnościowe. Stosując różne kryteria podziału, wyodrębniono kilkanaście ich typów. Pomimo występujących między nimi różnic zadaniem wszystkich komórek nerwowych jest odbieranie, przetwarzanie oraz przekazywanie informacji o działających na organizm bodźcach.

Twoje cele

- Poznasz funkcje neuronów.

- Dowiesz się, jakie są podstawowe kryteria klasyfikacji komórek nerwowych.

- Wyjaśnisz, na czym polega przewodzenie ortodromowe.

Przeczytaj

Proces powstawania komórek nerwowych to neurogeneza. Np. u człowieka, w okresie życia wewnątrzmacicznego, neurony powstają z neuronalnych komórek macierzystych. Każdy neuron można podzielić na trzy części: ciało komórki nerwowej (perykarion) i dwa rodzaje wypustek – krótsze i liczniejsze dendryty oraz dłuższe i zazwyczaj nierozgałęzione aksony (neuryty). Za pomocą wypustek komórki nerwowe komunikują się z innymi neuronami oraz komórkami receptorowymi, mięśniowymi i gruczołowymi.

Ciała komórek nerwowych są obecne, przede wszystkim, w ośrodkowym układzie nerwowym, oprócz tego – w obwodowym układzie nerwowym – znajdują się one w tzw. zwojach nerwowych. Skupiska aksonów, pochodzących od wielu różnych komórek nerwowych, osłonięte odpowiednimi błonami, określane są mianem nerwów.

Zabarwione na czerwono neurony na tle mięśni poprzecznie prążkowanych muszki owocowej. Obraz mikroskopowy.

Źródło: NICHD/Y.J. Kim and M. Serpe, Flickr, licencja: CC BY 2.0.

Podziały neuronów ze względu na liczbę

i budowę wypustek od perykarionu

Ciało komórki nerwowej, podobnie jak i inne jej elementy, pokrywa błona komórkowa. Dendryty odpowiadają za odbiór napływających do komórki nerwowej informacji. Na jednej komórce nerwowej może być ich kilka, ale może ona posiadać ich tak dużo, że będą stanowiły 90 proc. powierzchni neuronu. Z kolei akson to pojedyncza wypustka, która odchodzi od ciała komórki nerwowej. Niektóre aksony mają zaledwie kilka milimetrów, ale są i aksony o długości większej niż metr.

Uwzględniając różnice w liczbie odchodzących od perykarionu wypustek, wyróżniono następujące typy komórek nerwowych:

Grafika przedstawia podziały neuronów ze względu na liczbę i budowę wypustek od perykarionu. Na grafice od lewej do prawej znajdują się kolejno: neuron jednobiegunowy, u którego od ciała komórki odchodzi wyłącznie akson. U człowieka występują one w podwzgórzu. Następnie przedstawiony jest neuron dwubiegunowy. Poza aksonem posiada on jeden dendryt. Występuje w siatkówce oka oraz w błonie węchowej. Neurony wielobiegunowe charakteryzują się licznymi i silnie rozgałęzionymi dendrytami, którym towarzyszy pojedynczy akson. Taką budowę ma zdecydowana większość neuronów w ciele ssaków. Na ostatnim rysunku znajduje się neuron pseudojednobiegunowy. Akson i dendryt opuszczają ciało komórki w tym samym obszarze perykarionu. Występują w zwojach czuciowych nerwów czaszkowych i rdzeniowych.

Typy neuronów wydzielone ze względu na liczbę i umiejscownie wypustek.

Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Różnice w długości aksonu stały się z kolei podstawą wyodrębnienia dwóch typów komórek nerwowych, tzw. neuronów projekcyjnych oraz interneuronów. Pierwsze mają długie aksony pozwalające na przekazywanie informacji na znaczne odległości. Drugie charakteryzują się krótkimi aksonami, umożliwiającym przesyłanie impulsów nerwowych tylko w obrębie tej samej struktury.

Zdjęcie mikroskopowe wybarwionego na zielono interneuronu.

Źródło: NICHD/McBain Laboratory, licencja: CC BY-NC-ND 2.0.

Błona komórkowa niektórych aksonów pokryta jest utworzoną z komórek glejowych osłonką mielinową. W ośrodkowym układzie nerwowym osłonki mielinowe tworzą  oligodendrocyty, a w obwodowym układzie nerwowym – komórki Schwanna. Aksony z osłonką mielinową to tzw. włókna zmielinizowane (rdzenne). Impuls nerwowy w tych aksonach rozchodzi się z szybkością ok. 120m/s, przeskakując między przerwami w otoczce (tzw. przewężenia Ranviera). Natomiast neuryty pozbawione takiej osłonki określane są mianem włókien bezmielinowych (bezrdzennych), w nich impuls nerwowy osiąga maksymalną szybkość ok. 2m/s.

Podział neuronów ze względu na kształt perykarionu

Dwa ludzkie neurony piramidowe wypreparowane z hipokampa. Zdjęcie mikroskopowe. Powiększenie 40×.

Źródło: McBain Laboratory, NICHD/NIH, licencja: CC BY-NC-ND 2.0.

Ciało komórek nerwowych może różnić się wielkością i kształtem. Biorąc pod uwagę oba te kryteria, neurony podzielono na:

neurony ziarniste

ich ciało komórki nie przekracza 4 μmum średnicy i przyjmuje kształt kulisty. Neurony tego typu są najmniejszymi komórkami nerwowymi, występują między innymi w móżdżku i korze mózgowej

neurony owalne

neurony gruszkowate

neurony piramidowe

neurony różnokształtne

Podział funkcjonalny neuronów

Funkcja neuronów polega na odbieraniu, przetwarzaniu oraz przekazywaniu informacji w postaci impulsów nerwowych. Ze tego względu neurony podzielono na:

neurony czuciowe (aferentne)

inaczej dośrodkowe. To one odbierają rozmaite bodźce czuciowe, m.in. termiczne, dotykowe czy zapachowe i przekazują otrzymaną od receptorów informację do struktur ośrodkowego układu nerwowego

neurony ruchowe (eferentne)

neurony pośredniczące (asocjacyjne, kojarzeniowe, interneurony)

Schemat powstawania odruchu bezwarunkowego – kolanowego. Podczas tego procesu zaangażowane są wszystkie rodzaje neuronów.

Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

W warunkach fizjologicznych informacja w drogach nerwowych przekazywana jest zawsze w kierunku od dendrytu do ciała komórki. Następnie impuls nerwowy dociera do zakończenia aksonu, który przekazuje go do kolejnych neuronów. Taki kierunek przewodzenia informacji zwany jest przewodzeniem ortodromowym. Przesyłanie impulsów pomiędzy neuronami umożliwiają specyficzne połączenia pomiędzy nimi –  synapsy. Jest to miejsce połączenia, a dokładniej miejsce stykania się błon dwóch komórek nerwowych lub komórki nerwowej i komórki narządu wykonawczego.

Słownik

akson

pojedyncza, długa wypustka komórki nerwowej. Przewodzi impuls od ciała własnej komórki do efektora lub do kolejnej komórki nerwowej

dendryt

krótka wypustka komórki nerwowej. Odbiera impuls nerwowy od zakończeń aksonów innych neuronów i przekazuje je do ciała własnej komórki

efektor

narząd wykonawczy w organizmie. Najczęściej komórka mięśniowa lub gruczołowa stanowiąca końcową część łuku odruchowego. Wykonuje lub zmienia swoją czynność pod wpływem impulsów docierających za pośrednictwem komórek nerwowych

komórka Schwanna

typ komórki glejowej, która tworzy osłonkę mielinową na włóknach rdzennych  w obwodowym układzie nerwowym

oligodendrocyt

typ komórki glejowej, która tworzy osłonkę mielinową na włóknach rdzennych w ośrodkowym układzie nerwowym

perykarion

centralna część komórki nerwowej (neuronu). Odchodzą od niej wypustki w postaci aksonu, aksonu i dendrytu lub aksonu i dendrytów

receptor

zmodyfikowany fragment dendrytu komórki nerwowej lub wyspecjalizowana komórka zdolna do odbierania bodźca i przetwarzania jego energii na impuls bioelektryczny

Animacja

Film nawiązujący do treści materiału.

Film dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DiEpaXPdFOtwiera się w nowym oknie

Strukturalne i funkcjonalne typy neuronów.

Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o..

Film nawiązujący do treści materiału.

Polecenie 1

Obejrzyj animację i wymień kryteria podziału neuronów oraz przykłady neuronów z różnych grup.

Polecenie 2

Scharakteryzuj neurony aferentne i eferentne.

Sprawdź się

Pokaż ćwiczenia:

Ćwiczenie 1

Zaznacz odpowiedź, w której ułożono elementy neuronu zgodnie z kierunkiem przepływu impulsu nerwowego.

Zaznacz prawidłową odpowiedź.

- ciało komórki > akson > dendryt

- akson > ciało komórki > dendryt

- dendryt > akson > synapsa > ciało komórki

- dendryt > ciało komórki > akson > synapsa

Ćwiczenie 2

Źródło: Englishsquare Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 3

Budowa neuronu.

Źródło: Englishsquare Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Przyporządkuj oznaczonym elementom neuronu odpowiednie podpisy.

1

osłonka mielinowaPołączony z: 1

3

dendrytPołączony z: 3

5

synapsaPołączony z: 5

6

aksonPołączony z: 6

4

przewężenie RanvieraPołączony z: 4

2

perykarionPołączony z: 2

Ćwiczenie 4

Oceń prawdziwość poniższych stwierdzeń.

Prawda

Fałsz

Włókna rdzenne mają osłonkę mielinową.

W ośrodkowym układzie nerwowym osłonka mielinowa powstaje z astrocytów.

W obwodowym układzie nerwowym osłonki neuronów powstają z komórek Schwanna.

Włókna bezrdzenne wykazują mniejszą szybkość przekazywania sygnału, niż włókna rdzenne.

Ćwiczenie 5

Zaznacz prawidłowo typy neuronów, których dotyczą poniższe opisy.

czuciowy

ruchowy

pośredniczący

Neuron przekazujący informacje z nabłonka węchowego do ośrodkowego układu nerwowego.

Neuron przekazujący do mięśnia sygnał do skurczu (i cofnięcia ręki).

Neuron doprowadzający sygnał do efektora.

Neuron występujący w rdzeniu kręgowym, pośredniczy w przekazywaniu informacji między neuronem czuciowym i ruchowym.

Neuron przewodzący impuls od receptora do ośrodkowego układu nerwowego.

Ćwiczenie 6

Przyporządkuj poprawnie podpisy do oznaczonych elementów.

4

interneuronPołączony z: 4

2

neuron czuciowyPołączony z: 2

1

efektorPołączony z: 1

3

neuron ruchowyPołączony z: 3

Łuk odruchowy.

Źródło: Englishsquare Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 7

Na podstawie schematów z ćwiczenia nr 2 i własnej wiedzy wykaż jedno przystosowanie budowy neuronu do pełnionej funkcji.

Ćwiczenie 8

W przekazywaniu sygnału między neuronami pośredniczą neurotransmitery. Należą do nich mediatory pobudzające np. acetylocholina, dopamina, noradrenalina, seryna i mediatory hamujące np. GABA, glicyna. Grupa neurotransmiterów zawiera związki o różnej budowie chemicznej, m.in. pochodne aminokwasów (GABA, tauryna), pochodne steroidów (neurosteroidy) oraz polipeptydy (oksytocyna, wazopresyna, neuropeptyd Y).

Na podstawie powyższego tekstu wskaż, jaka struktura komórkowa jest silnie rozbudowana w neuronach wydzielających neuroprzekaźniki. Uzasadnij odpowiedź.

Dla nauczyciela

Scenariusz lekcji

Autor: Agnieszka Pieszalska

Przedmiot: biologia

Temat: Strukturalne i funkcjonalne typy neuronów

Grupa docelowa: uczniowie III etapu edukacyjnego – kształcenie w zakresie rozszerzonym

Podstawa programowa:

Zakres podstawowy

Treści nauczania – wymagania szczegółowe

V. Budowa i fizjologia człowieka.

7. Regulacja nerwowa. Uczeń:

1) wyjaśnia istotę powstawania i przewodzenia impulsu nerwowego; wykazuje związek między budową neuronu a przewodzeniem impulsu nerwowego;

Zakres rozszerzony

Treści nauczania – wymagania szczegółowe

XI. Funkcjonowanie zwierząt.

2. Porównanie poszczególnych czynności życiowych zwierząt, z uwzględnieniem struktur odpowiedzialnych za ich przeprowadzanie.

6) Regulacja nerwowa. Uczeń:

c) wyjaśnia istotę powstawania i przewodzenia impulsu nerwowego; wykazuje związek między budową neuronu a przewodzeniem impulsu nerwowego,

Kształtowane kompetencje kluczowe:

- kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji;

- kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii;

- kompetencje osobiste, społeczne w zakresie umiejętności uczenia się;

- kompetencje cyfrowe.

Cele operacyjne

Uczeń:

- wymienia podstawowe kryteria klasyfikacji komórek nerwowych;

- opisuje funkcje neuronów;

- wyjaśnia, na czym polega przewodzenie ortodromowe.

Strategie nauczania:

- konstruktywizm;

- konektywizm.

Metody i techniki nauczania:

- z użyciem komputera;

- ćwiczenia interaktywne;

- analiza tekstu źródłowego;

- analiza animacji;

- pogadanka;

- grupy ekspertów;

- obserwacja mikroskopowa.

Formy pracy:

- praca indywidualna;

- praca w grupach;

- praca całego zespołu klasowego.

Środki dydaktyczne:

- komputery z głośnikami, słuchawkami i dostępem do internetu;

- zasoby multimedialne zawarte w e-materiale (grafika interaktywna);

- tablica interaktywna/tablica, pisak/kreda;

- telefony z dostępem do internetu;

- mikroskopy;

- preparaty mikroskopowe neuronu.

Przebieg zajęć

Faza wstępna:

1. Nauczyciel prosi uczniów o zapoznanie się ze wstępem w e-materiale.

2. Nauczyciel zadaje pytania: „Co to są neurony?”, „Jaką funkcję pełnią neurony?”.

3. Nauczyciel podaje cele lekcji i formułuje jej temat.

Faza realizacyjna:

1. Nauczyciel dzieli klasę na cztery grupy. Przydziela każdemu członkowi grupy inny zestaw zadań do opracowania, tak aby każda grupa miała całość materiału (zestawy A, B, C i D):

- zestaw A – budowa neuronu;

- zestaw B – podział neuronów ze względu na liczbę odchodzących od perykarionu wypustek;

- zestaw C – podział neuronów ze względu na kształt perykarionu;

- zestaw D – podział funkcjonalny neuronów.

2. Uczniowie samodzielnie wykonują otrzymane zadania (zestawy A, B, C i D).

3. Po upływie wyznaczonego czasu uczniowie przesiadają się i tworzą grupy ekspertów. Dyskutują nad opracowanym materiałem, wyjaśniają wątpliwości oraz zastanawiają się, jak najlepiej przekazać innym uczniom przygotowane zagadnienia.

4. Nauczyciel kontroluje pracę uczniów i w razie potrzeby wyjaśnia wątpliwości.

5. Uczniowie wracają do wcześniej utworzonych grup. Prezentują pozostałym materiał, który opracowali i przedyskutowali w grupie ekspertów. Dzięki tej metodzie wszyscy uczniowie mogą opanować główne treści lekcji.

6. Nauczyciel w razie problemów wyjaśnia wątpliwości.

7. Uczniowie otrzymują mikroskopy i preparaty mikroskopowe neuronów.

8. Uczniowie przeprowadzają obserwację mikroskopową, dokumentują ją za pomocą rysunku, zapisują stopień powiększenia mikroskopu, oznaczają elementy budowy.

9. Nauczyciel prosi grupy o zapoznanie się z grafiką interaktywną i wykonanie związanych z nią poleceń.

10. Nauczyciel sprawdza poprawność wykonanych poleceń.

Faza podsumowująca:

1. Nauczyciel podsumowuje pracę grup.

2. Nauczyciel prosi grupy o rozwiązanie ćwiczeń interaktywnych od 1 do 5 zawartych w e-materiale.

3. Nauczyciel sprawdza poprawność odpowiedzi.

Praca domowa:

Uczniowie wykonują ćwiczenia interaktywne od 6 do 8 zawarte w e-materiale.

Materiały pomocnicze:

- Neil A. Campbell i in., Biologia Campbella, tłum. K. Stobrawa i in., Rebis, Poznań 2019.

- Encyklopedia szkolna. Biologia, red. Marta Stęplewska, Robert Mitoraj, Wydawnictwo Zielona Sowa, Kraków 2006.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania animacji:

Animacja może zostać wykorzystana przez ucznia podczas lekcji powtórzeniowej.

Table of Contents

Wprowadzenie

Przeczytaj

Animacja

Sprawdź się

Dla nauczyciela