До начала ХХ века ученые были уверены: импульсы, которые передаются от одного нерва к другому, имеют исключительно электрическую природу. Нервная система представлялась исследователям этаким набором проводов, по которым от мозга к органам и обратно проходит электрический ток. Первым человеком, чьи работы позволили усомниться в этой теории, стал испанский физиолог, один из основоположников современной нейробиологии Сантьяго Рамон-и-Кахаль. Он обнаружил, что продвижение импульса по отросткам нейронов носит прерывистый характер. Это значит, что сигнал, идущий по нерву, прерывается, а затем вновь возобновляется.

В 1914 году фармаколог из Англии Генри Дейл обнаружил, что введение в мозг мыши особого вещества, названного ацетилхолином,  вызывает такие же эффекты, как механическая стимуляция определенных нервов, правда, в течение очень короткого времени. Чуть позже, в  20-х годах ХХ столетия, уже немецкий фармаколог Отто Леви экспериментально доказал, что в процессе прохождения импульса по нервным волокнам электрическая природа сигнала меняется на химическую, а затем – вновь на электрическую. Химические вещества, которые выступают в роли посредников при передаче нервного импульса, назвали нейромедиаторами.

Нейромедиаторы (или нейротрасмиттеры) – это химические вещества, осуществляющие передачу сигнала между двумя нервными клетками или между нейронами и другими клетками организма. Они влияют на множество психологических и физиологических функций организма, воздействуют на настроение, память, способность к обучению и концентрацию, регулируют сон, аппетит, от них зависят такие жизненно важные показатели как частота сердечных сокращений, дыхания, особенности пищеварения и пр.

В то же время нейромедиаторы часто путают с гормонами. Это не удивительно, и не только потому, что их регуляторные функции очень схожи: дело в том, что у многих нейромедиаторов есть гормоны-дублеры. Так, есть дофамин-гормон и дофамин-нейромедиатор, есть норадреналин-нейромедиатор и норадреналин-гормон и т.д. Несмотря на то, что у этих веществ одинаковые химические формулы, они оказывают разное воздействие на организм. Основное различие заключается в том, что гормоны вырабатываются только в эндокринных железах, а местом образования нейромедиаторов являются исключительно нейроны. Поэтому и воздействие нейротрансмиттеров ограничивается нервной системой, а гормоны действуют на периферии и не могут проникнуть в мозг – на их пути стоит препятствие в виде гематоэнцефалического барьера.

Различия между гормонами и нейромедиаторами с одинаковой химической формулой можно рассмотреть на примере норадреналина. Норадреналин-гормон вырабатывается в надпочечниках во время стресса, его эффект схож с адреналином, однако он обладает более выраженным сосудосуживающим эффектом и меньше воздействует на частоту сердечных сокращений, оказывает не такое существенное влияние на гладкую мускулатуру кишечника и пр. То есть сферой влияния норадреналина-гормона являются внутренние органы – он участвует в управлении реакции тела на стресс.

В то же время норадреналин-нейромедиатор «царит» в мозге: в стрессовых ситуациях он отвечает за чувство азарта и удовольствия от риска, повышая агрессивность и снижая тревожность. В своей более «мирной» ипостаси он помогает лучше запоминать информацию при обучении.

В какой момент нервный импульс «теряет» свою электрическую природу и «переключается» на химическую? Это происходит, когда сигнал, идущий от тела нервной клетки по длинному отростку – аксону – достигает участка, называемого синапсом. Синапс представляет собой точку контакта между окончанием одного отростка и началом другого или мембраной клетки, к которой нужно доставить сигнал. Между ними имеется пространство шириной 10-50  нм., которое называется синаптической щелью.

Концевой участок отростка, по которому пришел сигнал, называется пресинаптическим. Именно в нем происходит синтез нейромедиаторов: они содержатся в маленьких пузырьках – везикулах. Их высвобождение в синаптическую щель происходит в ответ на достижение порогового потенциала действия, то есть нервный импульс должен характеризоваться определенной интенсивностью.

Высвободившись, нейромедиатор попадает в синаптическую щель и контактирует с рецепторами на поверхности отростка «принимающей стороны»  – постсинаптической мембраной. Активация рецепторов дает толчок к рождению нового нервного импульса, который продолжает свой путь (если имеет место контакт между нейронами) или вызывает нужный эффект в клетке, к которой был направлен сигнал. Однако химический сигнал также может подавлять нервный импульс в постсинаптическом окончании: это зависит от того, какую работу выполняют нейромедиаторы – возбуждают или тормозят.

После того, как сигнал был передан с окончания одного нервного отростка на другой, молекулы нейромедиатора, оставшиеся в щели, либо быстро разрушаются, либо «втягиваются» в пресинаптическое окончание при помощи специальных белков-насосов. Этот принцип называется принципом обратного захвата нейромедиаторов, он используется при создании некоторых лекарств. Так, эффект многих антидепрессантов основан на блокировании обратного захвата нейромедиатора серотонина, отвечающего за хорошее настроение. В результате серотонин дольше находится в синаптической щели, оказывая нужный эффект.

По эффекту, который нейромедиатор оказывает на «принимающее» нервное окончание, их делят на возбуждающие – под их воздействием происходит увеличение потенциала действия и генерация нового импульса, и тормозящие – блокирующие достижения потенциала действия в постсинаптическом нервном окончании. Некоторые нейромедиаторы, например, дофамин и ацетилхолин, могут оказывать как стимулирующее, так и подавляющее действие, в зависимости от типа рецепторов на постсинаптической мембране.  Далее мы поговорим о нескольких нейромедиаторах, оказывающих мощное влияние на различные аспекты жизни человека – как физиологические так и психологические.

Дофамин называют нейромедиатором победителей, а ученые характеризуют его как один из ключевых факторов внутреннего подкрепления. Его образование способствует запоминанию положительного опыта, например, когда человек пробует вкусную пищу, получает похвалу, занимается сексом, добивается поставленной цели. Выброс дофамина сопровождается чувством эйфории: мозг запоминает это и мотивирует человека к повторному получению позитивного опыта. Дофамин играет важную роль в процессах обучения, также он участвует в регуляции работы мышц. При нарушении выработки дофамина развиваются, так называемые, дофаминовые болезни: к ним относят, в первую очередь, болезнь Паркинсона и шизофрению.

Ацетилхолин – первый нейромедиатор, открытый учеными. Это вещество играет важнейшую роль в передаче импульсов в вегетативной нервной системе, регулирующей работу внутренних органов. При его выделении снижается частота сердечных сокращений, а пищеварение, напротив активизируется, повышается тонус гладких мышц бронхов и т.п. Ацетилхолин, который вырабатывается в нейронах головного мозга, участвует в регуляции двигательной активности, а также процессов, связанных с памятью и обучением. Его дефицит играет важную роль в развитии нейродегенеративных заболеваний, в первую очередь, болезни Альцгеймера.

Серотонин – один из важнейших регуляторов настроения человека. При его выделении происходит торможение нейронов в участках мозга, связанных с негативными эмоциями, такими как обида, разочарование, печаль. Поэтому дефицит серотонина чреват развитием депрессивных состояний, а лечение депрессии направлено на восстановление синтеза этого нейромедиатора. Также серотонин участвует в снижении болевой чувствительности, в обеспечении нормального сна, регуляции аппетита, памяти и обучения.

Глутамат – главный возбуждающий нейромедиатор нервной системы, от его присутствия зависит скорость прохождения импульсов между нейронами и клетками мишенями. Он играет важнейшую роль на ранних этапах формирования мозговой деятельности, регулирует процессы обучения и запоминания. Избыток глутамата ведет к гибели нервных клеток, а дефицит – к снижению активности мозга, хронической усталости. Дисбаланс этого нейротрансмиттера наблюдается при многих нейродегенеративных заболеваниях, включая болезни Паркинсона и Альцгеймера.

К каждому нейрону подходит множество нервных окончаний: все они стремятся донести свое «послание» до нервной клетки. Поведение нейрона является суммой взаимодействия этих месседжей, а наше поведение – совокупностью сложнейшего взаимодействия между миллиардами нейронов. Поэтому изучение механизма действия нейромедиаторов – ключ к пониманию языка, на котором говорят нейроны и представлению о чрезвычайной сложности и красоте системы мозговой коммуникации.