سیستم عصبی انسان به عنوان نوعی هماهنگ کننده در بدن ما عمل می کند. دستورات را از مغز به ماهیچه ها، اندام ها، بافت ها منتقل می کند و سیگنال های دریافتی از آنها را پردازش می کند. یک تکانه عصبی به عنوان نوعی حامل داده استفاده می شود. او چه چیزی را نمایندگی می کند؟ با چه سرعتی کار می کند؟ این و تعدادی سوال دیگر را می توان در این مقاله پاسخ داد.
تکانه عصبی چیست؟
این نام موجی از برانگیختگی است که به عنوان پاسخی به تحریک نورون ها از طریق الیاف پخش می شود. به لطف این مکانیسم، اطلاعات از گیرنده های مختلف به سیستم عصبی مرکزی منتقل می شود. و از آن، به نوبه خود، به اندام های مختلف (عضلات و غدد). اما این فرآیند در سطح فیزیولوژیکی چیست؟ مکانیسم انتقال یک تکانه عصبی این است که غشای نورون ها می توانند پتانسیل الکتروشیمیایی خود را تغییر دهند. و روند مورد علاقه ما در ناحیه سیناپس ها اتفاق می افتد. سرعت یک تکانه عصبی می تواند از 3 تا 12 متر در ثانیه متغیر باشد. ما بیشتر در مورد آن و همچنین در مورد عوامل مؤثر بر آن صحبت خواهیم کرد.
تحقیق ساختار و کار
برای اولین بار، عبور یک تکانه عصبی توسط آلمانی نشان داده شد.دانشمندان E. Goering و G. Helmholtz در مورد مثال قورباغه. در همان زمان، مشخص شد که سیگنال بیوالکتریک با سرعت مشخص شده قبلی منتشر می شود. به طور کلی این امر به دلیل ساخت خاص رشته های عصبی امکان پذیر است. از جهاتی شبیه کابل برق هستند. بنابراین، اگر با آن موازی ترسیم کنیم، رساناها آکسون ها هستند و عایق ها غلاف میلین آنها هستند (آنها غشای سلول شوان هستند که در چندین لایه پیچیده شده است). علاوه بر این، سرعت تکانه عصبی در درجه اول به قطر الیاف بستگی دارد. دومین مورد مهم کیفیت عایق الکتریکی است. به هر حال، بدن از لیپوپروتئین میلین، که دارای خواص دی الکتریک است، به عنوان ماده استفاده می کند. Ceteris paribus، هر چه لایه آن بزرگتر باشد، تکانه های عصبی سریعتر عبور می کنند. حتی در حال حاضر نمی توان گفت که این سیستم به طور کامل بررسی شده است. بسیاری از موارد مربوط به اعصاب و تکانه ها هنوز یک راز و موضوع تحقیق است.
ویژگی های ساختار و عملکرد
اگر در مورد مسیر یک تکانه عصبی صحبت کنیم، باید توجه داشت که غلاف میلین در تمام طول فیبر را نمی پوشاند. ویژگی های طراحی به گونه ای است که وضعیت فعلی را می توان با ایجاد آستین های سرامیکی عایق که به طور محکم روی میله یک کابل برق (البته در این مورد روی آکسون) بسته شده اند، مقایسه کرد. در نتیجه، نواحی الکتریکی بدون عایق کوچکی وجود دارد که جریان یونی می تواند به راحتی از آن خارج شودآکسون به محیط (یا برعکس). این باعث تحریک غشاء می شود. در نتیجه، تولید یک پتانسیل عمل در مناطقی ایجاد می شود که منزوی نیستند. این فرآیند رهگیری Ranvier نامیده می شود. وجود چنین مکانیسمی باعث می شود که تکانه عصبی بسیار سریعتر منتشر شود. اجازه دهید در این مورد با مثال صحبت کنیم. بنابراین، سرعت انتقال تکانه عصبی در یک فیبر میلین دار ضخیم که قطر آن در 10-20 میکرون در نوسان است، 70-120 متر در ثانیه است. در حالی که برای کسانی که ساختار زیر بهینه دارند، این رقم 60 برابر کمتر است!
آنها کجا ساخته می شوند؟
تکانه های عصبی از نورون ها منشا می گیرند. توانایی ایجاد چنین "پیام هایی" یکی از ویژگی های اصلی آنها است. تکانه عصبی انتشار سریع همان نوع سیگنال ها را در طول آکسون ها در فاصله طولانی تضمین می کند. بنابراین مهمترین وسیله بدن برای تبادل اطلاعات در آن است. داده های مربوط به تحریک با تغییر فرکانس تکرار آنها منتقل می شود. سیستم پیچیده ای از نشریات در اینجا کار می کند که می تواند صدها تکانه عصبی را در یک ثانیه بشمارد. بر اساس یک اصل تا حدودی مشابه، اگرچه بسیار پیچیده تر، کار الکترونیک کامپیوتری است. بنابراین، هنگامی که تکانه‌های عصبی در نورون‌ها ایجاد می‌شوند، به روشی خاص کدگذاری می‌شوند و تنها پس از آن منتقل می‌شوند. در این مورد، اطلاعات به "بسته های" ویژه گروه بندی می شوند که تعداد و ماهیت ترتیب متفاوتی دارند. همه اینها، در کنار هم، مبنایی برای فعالیت الکتریکی ریتمیک مغز ما هستند که به لطفالکتروانسفالوگرام.
انواع سلول
در مورد توالی عبور یک تکانه عصبی، نمی توان سلول های عصبی (نورون ها) را که از طریق آنها انتقال سیگنال های الکتریکی انجام می شود نادیده گرفت. بنابراین، به لطف آنها، قسمت های مختلف بدن ما به تبادل اطلاعات می پردازند. بسته به ساختار و عملکرد آنها، سه نوع متمایز می شوند:
- گیرنده (حساس). آنها تمامی محرک های دما، شیمیایی، صوتی، مکانیکی و نوری را رمزگذاری کرده و به تکانه های عصبی تبدیل می کنند.
- درج (همچنین هادی یا بسته شدن نامیده می شود). آنها برای پردازش و تغییر تکانه ها خدمت می کنند. بیشترین تعداد آنها در مغز و نخاع انسان است.
- موثر (موتوری). آنها دستوراتی را از سیستم عصبی مرکزی دریافت می کنند تا اعمال خاصی را انجام دهند (در زیر نور خورشید، چشمان خود را با دست خود ببندید و غیره).
هر نورون یک بدن سلولی و یک فرآیند دارد. مسیر یک تکانه عصبی از طریق بدن دقیقاً با دومی شروع می شود. فرآیندها دو نوع هستند:
- دندریت. آنها وظیفه درک تحریک گیرنده های واقع در آنها را بر عهده دارند.
- آکسون. به لطف آنها، تکانه های عصبی از سلول ها به اندام فعال منتقل می شود.
جنبه جالب فعالیت
وقتی در مورد هدایت یک تکانه عصبی توسط سلول ها صحبت می کنیم، نمی توان در مورد یک لحظه جالب صحبت کرد. بنابراین، هنگامی که آنها در حال استراحت هستند، پس بیایید بگوییمبنابراین، پمپ سدیم پتاسیم در حرکت یون‌ها به گونه‌ای درگیر می‌شود که اثر آب شیرین در داخل و نمک در خارج را به دست آورد. با توجه به عدم تعادل حاصل از اختلاف پتانسیل در سراسر غشاء، تا 70 میلی ولت قابل مشاهده است. برای مقایسه، این 5٪ از باتری های AA معمولی است. اما به محض تغییر وضعیت سلول، تعادل حاصل به هم می‌خورد و یون‌ها شروع به تغییر مکان می‌کنند. این زمانی اتفاق می افتد که مسیر یک تکانه عصبی از آن عبور می کند. به دلیل عمل فعال یون ها، این عمل را پتانسیل عمل نیز می نامند. وقتی به یک مقدار معین رسید، فرآیندهای معکوس شروع می شود و سلول به حالت استراحت می رسد.
درباره پتانسیل اقدام
صحبت از تبدیل و انتشار تکانه های عصبی، باید توجه داشت که می تواند میلی متر در ثانیه بد باشد. سپس سیگنال‌های دست به مغز در عرض چند دقیقه می‌رسند، که واضح است که خوب نیست. اینجاست که غلاف میلین که قبلاً مورد بحث قرار گرفت نقش خود را در تقویت پتانسیل عمل ایفا می کند. و تمام "گذر"های آن به گونه ای قرار می گیرند که فقط روی سرعت انتقال سیگنال تأثیر مثبت دارند. بنابراین، هنگامی که یک تکانه به انتهای قسمت اصلی یک جسم آکسون می رسد، یا به سلول بعدی یا (اگر در مورد مغز صحبت می کنیم) به شاخه های متعددی از نورون ها منتقل می شود. در موارد اخیر، یک اصل کمی متفاوت کار می کند.
چگونه همه چیز در مغز کار می کند؟
بیایید در مورد اینکه چه توالی انتقال تکانه های عصبی در مهم ترین بخش های سیستم عصبی مرکزی ما کار می کند صحبت کنیم.در اینجا نورون ها با شکاف های کوچکی از همسایگان خود جدا می شوند که به آن سیناپس می گویند. پتانسیل عمل نمی تواند از آنها عبور کند، بنابراین به دنبال راه دیگری برای رسیدن به سلول عصبی بعدی است. در پایان هر فرآیند کیسه های کوچکی به نام وزیکول های پیش سیناپسی وجود دارد. هر یک از آنها حاوی ترکیبات خاصی است - انتقال دهنده های عصبی. هنگامی که یک پتانسیل عمل به آنها می رسد، مولکول ها از کیسه ها آزاد می شوند. آنها از سیناپس عبور کرده و به گیرنده های مولکولی خاصی که روی غشاء قرار دارند متصل می شوند. در این حالت تعادل به هم می‌خورد و احتمالاً پتانسیل عمل جدیدی ظاهر می‌شود. این هنوز به طور قطعی شناخته نشده است، فیزیولوژیست های عصبی تا به امروز در حال بررسی این موضوع هستند.
کار انتقال دهنده های عصبی
هنگامی که آنها تکانه های عصبی را منتقل می کنند، چندین گزینه برای آنچه برای آنها اتفاق می افتد وجود دارد:
- آنها منتشر خواهند شد.
- دچار تجزیه شیمیایی می شود.
- برگردید به حباب های آنها (به این بازپس گیری می گویند).
کشف شگفت انگیزی در پایان قرن بیستم انجام شد. دانشمندان آموخته‌اند که داروهایی که بر انتقال‌دهنده‌های عصبی (و همچنین آزادسازی و بازجذب آنها) تأثیر می‌گذارند، می‌توانند وضعیت روانی فرد را به‌طور اساسی تغییر دهند. بنابراین، برای مثال، تعدادی از داروهای ضد افسردگی مانند پروزاک، بازجذب سروتونین را مسدود می‌کنند. دلایلی وجود دارد که معتقدیم کمبود دوپامین در انتقال دهنده عصبی مغز مقصر بیماری پارکینسون است.
اکنون محققانی که حالات مرزی روان انسان را مطالعه می کنند در تلاش هستند تا دریابند چگونه آنهمه چیز روی ذهن انسان تاثیر می گذارد. در این میان، ما پاسخی برای چنین سوال اساسی نداریم: چه چیزی باعث می شود یک نورون پتانسیل عمل ایجاد کند؟ تاکنون مکانیسم «پرتاب» این سلول برای ما یک راز است. از دیدگاه این معما، کار نورون‌های مغز اصلی جالب توجه است.
به طور خلاصه، آنها می توانند با هزاران انتقال دهنده عصبی که توسط همسایگانشان ارسال می شوند، کار کنند. جزئیات مربوط به پردازش و ادغام این نوع از تکانه ها تقریباً برای ما ناشناخته است. اگرچه گروه های تحقیقاتی زیادی روی این موضوع کار می کنند. در حال حاضر مشخص شد که تمام تکانه های دریافتی یکپارچه شده اند و نورون تصمیم می گیرد - آیا لازم است پتانسیل عمل را حفظ کرده و آنها را بیشتر منتقل کنیم. عملکرد مغز انسان بر اساس این فرآیند اساسی است. خوب پس، جای تعجب نیست که ما پاسخ این معما را نمی دانیم.
برخی ویژگی های نظری
در مقاله از "تکانه عصبی" و "پتانسیل عمل" به عنوان مترادف استفاده شده است. از نظر تئوری، این درست است، اگرچه در برخی موارد لازم است برخی از ویژگی ها را در نظر گرفت. بنابراین، اگر وارد جزئیات شوید، پتانسیل عمل تنها بخشی از تکانه عصبی است. با بررسی دقیق کتب علمی متوجه می شوید که این تنها تغییر بار غشا از مثبت به منفی است و بالعکس. در حالی که یک تکانه عصبی به عنوان یک فرآیند پیچیده ساختاری و الکتروشیمیایی درک می شود. مانند موجی از تغییرات در سراسر غشای نورون پخش می شود. پتانسیلاعمال فقط یک جزء الکتریکی در ترکیب یک تکانه عصبی هستند. این تغییراتی را که با شارژ یک بخش محلی از غشا رخ می دهد مشخص می کند.
تکانه های عصبی کجا تولید می شوند؟
سفر خود را از کجا شروع می کنند؟ پاسخ این سوال را هر دانش آموزی که با پشتکار فیزیولوژی برانگیختگی مطالعه کرده باشد می تواند بدهد. چهار گزینه وجود دارد:
- انتهای گیرنده دندریت. اگر وجود داشته باشد (که یک واقعیت نیست)، وجود یک محرک کافی امکان پذیر است که ابتدا یک پتانسیل مولد و سپس یک تکانه عصبی ایجاد می کند. گیرنده های درد به روشی مشابه کار می کنند.
- غشای سیناپس تحریکی. به عنوان یک قاعده، این تنها در صورتی امکان پذیر است که تحریک شدید یا جمع آنها وجود داشته باشد.
- ناحیه ماشه دندانی. در این مورد، پتانسیل های پس سیناپسی تحریکی موضعی به عنوان پاسخ به یک محرک شکل می گیرد. اگر اولین گره رانویر میلین دار باشد، روی آن خلاصه می شود. به دلیل وجود بخشی از غشاء در آنجا که حساسیت آن افزایش یافته است، یک تکانه عصبی در اینجا رخ می دهد.
- تپه آکسون. این نام مکانی است که آکسون از آنجا شروع می شود. تپه متداول ترین عامل ایجاد تکانه روی یک نورون است. در همه جاهای دیگری که قبلاً در نظر گرفته شد، احتمال وقوع آنها بسیار کمتر است. این به دلیل این واقعیت است که در اینجا غشاء دارای حساسیت افزایش یافته و همچنین سطح بحرانی پایین تر دپلاریزاسیون است. بنابراین، زمانی که جمع پتانسیل‌های پس سیناپسی تحریکی متعدد آغاز می‌شود، تپه اول از همه به آنها واکنش نشان می‌دهد.
نمونه ای از گسترش تحریک
گفتن در اصطلاح پزشکی می تواند باعث سوء تفاهم از برخی نکات شود. برای از بین بردن این، ارزش دارد به طور خلاصه دانش بیان شده را مرور کنید. بیایید یک آتش سوزی را به عنوان مثال در نظر بگیریم.
بولتن های خبری تابستان گذشته را به خاطر داشته باشید (همچنین به زودی دوباره شنیده می شود). آتش در حال گسترش است! در عین حال درختان و درختچه هایی که می سوزند در جای خود باقی می مانند. اما جلوی آتش از جایی که آتش بود بیشتر و دورتر می شود. سیستم عصبی به روشی مشابه کار می کند.
اغلب برای آرام کردن سیستم عصبی که شروع به تحریک کرده است لازم است. اما انجام این کار مانند آتش سوزی چندان آسان نیست. برای انجام این کار، آنها یک مداخله مصنوعی در کار یک نورون (برای اهداف دارویی) انجام می دهند یا از وسایل مختلف فیزیولوژیکی استفاده می کنند. می توان آن را با ریختن آب روی آتش مقایسه کرد.
