نگرشی به دنیای شگفت انگیز مغز
  • محراب مرادی
  • 1396/2/26
  • 0
  • 279

نگرشی به دنیای شگفت انگیز مغز
نورون ها در درون خود دارای اجزای داخلی بسیاری هستند. مانند پروتئین ها که اغلب در جسم سلولی تولید شده و از بین اسکلت سلولی عبور میکنند. برآمدگی های کوچکی که از دندریت ها بیرون می زنند را خارهای دندریتی dendritic spines() می نامند. در محل این برآمدگی ها بیشتر اتصالات به آکسون ها برقرار می شود. پروتئین هایی که به نخاع منتقل می شوند برای ایجاد و حفظ فعالیت نورون ها بسیار مهم می باشند. این پروتئین ها مرتبا توسط پروتئین های جدید جایگزین می شوند. تمام این فعالیت های مستلزم مصرف انرژی و سوخت است که توسط کارخانه های انرژی درون سلول (میتوکندری) تامین می گردد. پایانه های آکسون ها نیز می توانند تحت تاثیر فاکتورهای رشد growth factors() قرار گیرند. این فاکتورها در محل پایانه های آکسونی به داخل سلول وارد شده و به جسم سلولی رسانده می شوند و در آنجا می توانند از طریق تاثیر بر میزان بیان ژن های نورون ها بر ساخت پروتئین های جدید تاثیر داشته باشند.
این تاثیرات می تواند سلول را قادر سازد تا دندریت های بلندتری بسازد و یا تغییر پویای دیگری در شکل یا عملکرد خود ایجاد کند. اطلاعات، مواد غذایی و پیام رسان ها messengers() در تمام مدت به سمت جسم سلولی یا از جسم سلولی به بخش های دیگر نورون در حالت حرکت هستند. همه سلول های عصبی یا نورون ها چه حسی باشند، چه حرکتی و چه بزرگ یا کوچک، فعالیتشان هم الکتریکی است و هم شیمیایی. برای تنظیموضعیت کلی سیستم عصبی نورون ها هم با یکدیگر همکاری می کنندو هم با هم رقابت دارند درست مانند افراد یک اجتماع که در هنگام تصمیم گیری در یک مورد خاص با یکدیگر همکاری و رقابت می کنند. پیام های عصبی شیمیایی پس از اینکه از آکسون ها به دندریت ها منتقل می شوند به پیام های الکتریکی تبدیل شده و به سایر پیام های الکتریکی دریافت شده از سیناپس های دیگر اضافه یا از آن کم می گردند و در نهایت بر اساس برآیند این پیام های الکتریکی در مورد اینکه پیام عصبی به محل دیگری منتقل گردد یا نه تصمیم گیری می شود. به همین ترتیب پتانسیل های الکتریکی می توانند در مسیر سلول عصبی تا آکسون ها حرکت کرده و در سیناپس بعدی به دندریت نورون دیگری منتقل شوند و این چرخه همین طور ادامه می یابد.

 نورون پویا
یک نورون شامل دندریت ها، یک جسم سلولی، یک آکسون و پایانه های سیناپسی است. از لحاظ عملکردی یک نورون شامل بخش گیرنده (دندریت ها)، بخش ادغام (جسم سلولی) و بخش انتقال دهنده پیام عصبی (آکسون ها) می باشد. در اصطلاح به این مفهوم که تمام اطلاعات پردازش شده در نورون در یک جهت حرکت می کند قطبیدگی polarization() می گویند.
مانند هر ساختار دیگری این ساختار نیز باید ذراتش به روشی کنار هم نگه داشته شود. غشاء خارجی نورون ها از ذراتی با ساختار چربی تشکیل شده. به دور این غشاء اسکلت سلولی که از لوله های توبولی و پروتئین های فیلامنتی تشکیل شده، پیچیده شده است. درست مانند چادری که بر روی ساختار لوله ای پایه اش بنا شده. بخش های مختلف یک نورون دائما در حال حرکت هستند. در طول این پروسه تغییر شکل و نوآرایی این بخش ها در حقیقت بیانگر میزان فعالیت خود و یا بخش های مجاور خود است. دندریت ها تغییر شکل می دهند، روابط جدیدی برقرار می کنند و یا ممکن است به برخی روابط خاتمه دهند. آکسون ها می توانند در زمانی که سلول عصبی می خواهد به اصطلاح با صدای بلندتری با سلول های مجاور صحبت کند (با شدت بیشتری با سلول های مجاور ارتباط برقرار کند) پایانه های جدیدی ایجاد کنند.

 پتانسیل عمل
برای ارتباط بین یک نورون با نورون دیگر، پیام عصبی در ابتدا می بایست در طول آکسون جلو رود. نورون ها چگونه این عمل را انجام می دهند؟
جواب این سوال در انرژی ذخیره شده به شکل گرادیان های فیزیکی و شیمیایی و در نحوه ترکیب کردن این نیروها با یکدیگر است. در طول آکسون های نورون ها، پالس های الکتریکی به نام پتانسیل های عمل به جلو پیش می روند درست مانند امواجی که در طول طناب بازی به جلو می روند.
بعضی کانال ها، یون سدیم وارد می کنند Na(+) و برخی یون پتانسیم K(+) زمانی که کانال ها باز می شوند در پاسخ به دپلاریزاسیون الکتریکی غشاء یون های سدیم و پتاسیم در جهت خلاف گرادیان شیمیایی و الکتریکی خود به داخل یا خارج سلول جاری می شوند.

دریافت و تصمیم گیری
در بخش دریافت کننده یک سلول عصبی، دندریت ها در فاصله بسیار نزدیکی از آکسون ورودی سلولی دیگر قرار دارند (فاصله ای در حد۲۰ میلیاردم متر) یک دندریت می تواند در تماس با یک سلول عصبی، تعداد کم و یا حتی هزاران سلول عصبی دیگر باشد. این محل های اتصال در سلول های عصبی سیناپس گفته می شود. این واژه از یک واژه یونانی به معنی در آغوش گرفتن چیزی (یا بین دو چیز قلاب بستن) گرفته شده.
اکثر سیناپس های قشر مخ در محل خارهای دندریتی واقع شده اند که مانند میکروفن هایی بیرون زده اند و منتظر سیگنال های ضعیف ورودی هستند. ارتباط بین سلول های عصبی در محل سیناپس ها، انتقال سیناپسی نامیده می شود که شامل یک فرایند شیمیایی است. زمانی که یک دندریت یکی از پیام های شیمیایی که از آکسون سلول دیگری که فضای ما بین آزاد شده را دریافت می کند، جریان های مینیاتوری الکتریکی در داخل خار دندریتی ایجاد می گردد. این جریان ها که معمولا به سمت داخل سلول حرکت می کنند را تحریک excitation() و اگر به خارج از سلول حرکت می کنند، مهار می نامند.
همه این جریان های مثبت و منفی در دندریت ها جمع شده و به سمت جسم سلولی حرکت می کنند. اگر مقدار این جریان ها در مجموع بتواند از میزان آستانه ای بالاتر رود، سلول عصبی می تواند پیامی را به سلول دیگر منتقل کند. در غیر این صورت جریان های ضعیف موجود بزودی از بین می روند و هیچ اتفاقی نمی افتد. سپس نورون مشابه یک ماشین حساب بسیار کوچک مینیاتوری مدام در حال جمع زدن یا کم کردن پیام هایی است که از سایر نورون ها دریافت می کند. بعضی سیناپس ها تحریکی و بعضی مهاری اند. نحوه تاثیر این پیام ها در تشکیل پایه و اساس حواس، فکر کردن و یا حرکت به مقدار زیادی به این بر می گردد که سلول عصبی ما در چه شبکه ای قرار گرفته است.
زمانی که پتانسیل عمل Action Potential() به جسم سلولی می رسد، اولین کانال هایی که باز می شوند کانال های سدیمی اند. موجی از یون های سدیم به یکباره وارد سلول می شوند و تعادل یونی جدیدی در داخل سلول ایجاد می شود (در کمتر از یک هزارم ثانیه) در یک چشم بهم زدن ولتاژ درون سلول به میزان۱۰۰ میلی ولت تغییرمی کند. یعنی از ولتاژ داخل سلول عصبی که در حال استراحت۷۰ - میلی ولت است در اثر ورود یون های سدیم با بار مثبت به ولتاژ۳۰ + میلی ولت تغییر می یابد. این تغییر سبب باز شدن کانال های پتاسیمی و خروج یون های پتاسیم از سلول می شود.
تقریبا با همان سرعتی که یون های سدیم وارد سلول شده بودند، این بار موجی از یون های پتاسیم از سلول خارج شده و در نتیجه پتانسیل غشاء در داخل سلول مجددا با همان وضعیت اولیه منفی باز می گردد. زمان وقوع یک پتانسیل عمل با همه بخش های گفته شده حتی کمتر از زمانی است که یک چراغ را روشن و بلافاصله خاموش می کنید.
همان طور که دیدید، یون های کمی برای ایجاد پتانسیل عمل باید از غشاء عبور کنند و در غلظت یون های پتاسیم و سدیم نیز تغییر چشمگیری ایجاد نخواهد شد. ولی در مدت زمان بیشتر غلظت این یون ها در داخل و خارج سلول می بایست متعادل نگه داشته شود.
این عمل از جمله وظایف پمپ های یونی است. وظیفه این پمپها این است که یون های سدیم اضافی را از سلول خارج کنند. درست مانند کشتی ای است که به علت داشتن سوراخ کوچکی در بدنه اش به داخل آن کمی آب نشت می کند و ما این آب اضافه را از داخل کشتی با سطل بیرون می ریزیم بدون اینکه به مقاومت این سوراخ کوچک در برابر فشار آبی که کشتی بر روی آن در حرکت است لطمه ای وارد کنیم.
می توان گفت، پتانسیل عمل یک جریان الکتریکی پیچیده است. رشته های عصبی مانند رساناهای الکتریکی عمل می کنند. (اگر چه کارآیی شان بسیار کمتر از سیم های عایق دار است) در نتیجه وقتی یک پتانسیل عمل در جایی ایجاد می شود، یک گرادیان ولتاژی بین سلول فعال و غشاء سلول در حال استراحت مجاور آن ایجاد شده و به همین ترتیب پتانسیل عمل به شکل یک موج دپلاریزاسیون از یک سر رشته عصبی تا سر دیگر آن منتقل می گردد.
مثالی که شما را در فهم نحوه جابه جایی پتانسیل عمل کمک می کند انتقال انرژی در طول فشفشه های آتش بازی است. اولین شعله آتش در یک سر فشفشه موجب ایجاد جرقه های سریع در محل (معادل یون هایی که در محل پتانسیل عمل به داخل و خارج آکسون جریان پیدا می کنند) و انتقال انرژی در طول فشفشه می شود.
اگر چه سرعت انتقال انرژی در یک فشفشه بسیار کمتر از سرعت انتقال پتانسیل عمل در سلول عصبی است. تفاوت دیگر این مثال با سلول های عصبی در خاصیت شگفت انگیز رشته های عصبی است که قادرند بعد از یک زمان کوتاه بدون فعالیت refractory period() غشاء آکسونی که تا لحظه ای پیش پتانسیل عمل را منتقل کرده بود قادر است مجددا قابلیت انفجاری خود را باز یابد و برای پتانسیل عمل بعدی آماده شود. بخش زیادی از این اطلاعات در نتیجه آزمایشات شگفت انگیزی به دست آمده که حدودا۵۰ سال پیش بر روی نورون های بسیار بزرگ و آکسون های برخی جانوران دریایی انجام شد. اندازه بزرگ این سلول ها محققین را قادر ساخت تا الکترودهای بسیار کوچکی را داخل سلول قرار دهند و تغییرات ولتاژ الکتریکی را بسنجند.
امروزه به کمک تکنیک مدرنی به نام تکنیکclamping-patch ، دانشمندان علوم اعصاب می توانند جابه جایی یون ها در هر کانال یونی را در انواع مختلف نورون ها بررسی کرده و بادقت بسیاری این جریان های عصبی را که بسیار شبیه جریان های عصبی مغز انسان است اندازه گیری کنند.

 عایق بندی آکسون ها
در بسیاری از آکسون ها انتقال پتانسیل های عمل با اینکه به خوبی انجام می شود از سرعت بالایی برخوردار نیست. اما در برخی آکسون ها پتانسیل عمل می تواند در یک چشم بهم زدن رشته عصبی را با سرعت بالایی طی کند.
چرا که در این آکسون ها غلاف های خاصی که رشته هایی با ساختار چربی متشکل از غشاء سلول های گلیال glial() درست شده اند به دور رشته های بلند آکسون پیچیده شده اند. به این پوشش، غلاف میلین گفته می شود.
تحقیقات اخیر نشان می دهد که این غلاف میلینی از چه پروتئین هایی تشکیل شده است. این پوشش از نشت کردن جریان های یونی به محل های اشتباه جلوگیری می کند. اگر چه سلول های گلیال تشکیل دهنده این غلاف دور برخی بخش های آکسون را خالی می گذارند. این محل ها محل تجمع کانال های سدیمی و پتاسیمی آکسون است و مسئولیت تقویت، حفظ و تسریع پیام عصبی را بر عهده دارند. در نورون های میلینه شده myelinated neurons() پتانسیل عمل می تواند با سرعت۱۰۰ متر در ثانیه پیش رود.
پتانسیل عمل از قانون همه یا هیچ تبعیت می کند. در نتیجه شدت پتانسیل های عمل با هم تفاوتی ندارد تنها فاکتور مهم تعدد دفعات ایجاد پتانسیل عمل است که تنها عامل تعیین کننده میزان قدرت و طول اثر یک محرک می باشد. کارآمدترین آکسون ها می توانند در هر ثانیه،۱۰۰۰ بار پتانسیل های عمل را منتقل کنند.

نظرات0
برای ارسال دیدگاه وارد حساب کاربری خود شوید.

ورود به حساب کاربریایجاد حساب کاربری