Нейрон, его дендриты (короткие отростки, передающие сигналы к телу нейрона) и аксон (длинный отросток, который передает информацию от тела нейрона к следующему нейрону или к рабочему органу) синтезируют медиатор — химический посредник в процессе передачи нервного импульса. Медиаторы были открыты австрийским ученым Леви в 1921 г. В физиологический раствор Леви поместил два сердца лягушек и соединил их тонкой трубочкой. Попадая в одно сердце, раствор переходил в другое, и при раздражении нерва первого сердца второе также начинало сокращаться. Ученый догадался, что раздражение нерва влечет появление в растворе веществ, которые оказывают на другой орган воздействие, подобное эффекту нервного возбуждения. Спустя три десятка лет электромикроскоп показал любопытную картину: обнаруженные Леви вещества — медиаторы — хранятся в пузырьках в теле нейрона, пока к нервному окончанию не поступит сигнал. Сразу после этого пузырьки разрываются и выливают содержимое в щель между синапсами двух нервных клеток. Медиаторы прикрепляются к белкам‑рецепторам на мембране нейрона‑адресата, и те запускают цепь реакций передачи сигнала внутри клетки.
Позже ученые пришли к мысли, что медиаторы могут быть разными. Первыми были открыты адреналин и ацетилхолин, а затем еще более 30 медиаторов, среди которых норадреналин, серотонин, мелатонин, гистамин, дофамин, октопамин, АТФ, ГАМК, глицин, глутамат, аспартат, эндорфины, энкефалины, вазопрессин, окситоцин. Все они сходны с гормонами как по химическому составу, так и по механизму действия.
Из‑за того, что число медиаторов невелико, исследовать работу мозга сложно. Однако В. Уиттейкер и Э. Робертис разработали методику, согласно которой ткань мозга осторожно разрушается в растворе сахарозы, вследствие чего нервные окончания отрываются от своих аксонов и образуют замкнутые частицы — синаптосомы, обладающие механизмами синтеза, хранения, высвобождения и инактивации медиатора. Далее с помощью центрифуги синаптосомы отделяются от других компонентов нейрона, и ученые получают возможность изучать их работу в пробирке.
Так было установлено, что нейроны способны генерировать химическую энергию путем окисления пищеварительных веществ, восстанавливать и сохранять свою целостность, производить и выделять медиаторы, а также поддерживать ионные градиенты (разницу электрического заряда внутри клетки и вне ее).
За последние годы достигнуты значительные успехи в познании различных медиаторов и процессов синаптической передачи. Исследования показали, что медиаторы расположены не по всей ткани мозга, а локально. Например, клетки, содержащие норадреналин, сосредоточены в стволе и образуют «голубое пятно». Аксоны этих нейронов очень разветвлены и связаны с различными областями: гипоталамусом, мозжечком, передним мозгом. Потому норадреналиновые нейроны ответственны за поддержание бодрствования, ощущение удовольствия, сновидения и настроение. Нейроны, содержащие дофамин, сосредоточены в «черном веществе». Свои аксоны они посылают в передний мозг (эмоции) и в область полосатого тела (регуляция сложных движений). Деградация дофаминовых волокон в данной части мозга приводит к перенапряжению мышц и тремору, что характерно для болезни Паркинсона. А избыток дофамина в лимбической системе переднего мозга, возможно, причастен к шизофрении. Кроме того, установлено, что действие многих психотропных препаратов основано на их способности прерывать или модифицировать химическую передачу от нейрона к нейрону.