بيت استشارات تتصل الخلايا العصبية ببعضها البعض. كيف تتواصل الخلايا مع بعضها البعض. مفهوم المركز العصبي

تتصل الخلايا العصبية ببعضها البعض. كيف تتواصل الخلايا مع بعضها البعض. مفهوم المركز العصبي

لدى البشر أكثر من مائة مليار خلية عصبية. تتكون كل خلية عصبية من جسم وعمليات - عادة ما تكون محورًا عصبيًا طويلًا والعديد من التشعبات القصيرة المتفرعة. وبفضل هذه العمليات، تتصل الخلايا العصبية ببعضها البعض وتشكل شبكات ودوائر تدور من خلالها النبضات العصبية. طوال الحياة، يفقد الدماغ البشري الخلايا العصبية. إن موت الخلايا هذا مبرمج وراثيا، ولكن على عكس خلايا الأنسجة الأخرى، فإن الخلايا العصبية غير قادرة على الانقسام. في هذه الحالة، تعمل آلية مختلفة: يتم الاستيلاء على وظائف الخلايا العصبية الميتة من قبل "زملائها"، والتي تزداد في الحجم وتشكل اتصالات جديدة، للتعويض عن عدم نشاط الخلية الميتة.

وفقا للاعتقاد السائد، فإن الخلايا العصبية لا تتجدد. ومع ذلك، هذا ليس صحيحا: الخلايا العصبية هي خلايا الجهاز العصبي- في الواقع، لا يمكنها الانقسام مثل خلايا الأنسجة الأخرى، ولكنها تنشأ وتتطور حتى في دماغ الشخص البالغ. بالإضافة إلى ذلك، الخلايا العصبية قادرة على استعادة العمليات والاتصالات المفقودة مع الخلايا الأخرى.
يتكون الجهاز العصبي البشري من جزء مركزي وجزء محيطي. المركزي يشمل الرأس و الحبل الشوكي. يحتوي الدماغ على أكبر مجموعة من الخلايا العصبية. تمتد العديد من العمليات من جسم كل منها، والتي تشكل اتصالات مع الخلايا العصبية المجاورة. يتكون الجزء المحيطي من العقد الشوكية واللاإرادية والجمجمية والأعصاب و النهايات العصبية، وضمان توصيل النبضات العصبية إلى الأطراف، اعضاء داخليةوالأقمشة. في الحالة الصحية، يكون الجهاز العصبي آلية جيدة التنسيق، وإذا لم تقم إحدى الروابط في سلسلة معقدة بوظائفها، فإن الجسم كله يعاني. على سبيل المثال، يحدث موت الخلايا العصبية المتسارع بسبب آفات شديدةالدماغ بعد السكتات الدماغية، ومرض باركنسون، ومرض الزهايمر. لعدة عقود، يحاول العلماء فهم ما إذا كان من الممكن تحفيز استعادة الخلايا العصبية المفقودة.

ومع ذلك فإنهم يتجددون

تعود أولى المنشورات العلمية التي تؤكد ولادة خلايا عصبية جديدة في دماغ الثدييات البالغة إلى الباحث الأمريكي جوزيف التمان. في عام 1962، نشرت مجلة ساينس مقالته "هل تتشكل خلايا عصبية جديدة في دماغ الثدييات البالغة؟"، حيث وصف ألتمان نتائج تجربته. باستخدام التيار الكهربائيحيث قام بتدمير أحد هياكل دماغ الجرذ (الجسم الركبي الجانبي) وحقنه بمادة مشعة تتغلغل في خلايا جديدة. وبعد بضعة أشهر، اكتشف ألتمان خلايا عصبية مشعة جديدة في المهاد والقشرة الدماغية. في السنوات اللاحقة، نشر ألتمان عدة أعمال أخرى تثبت وجود تكوين الخلايا العصبية في الدماغ. على سبيل المثال، في عام 1965، تم نشر مقالته في مجلة الطبيعة. على الرغم من ذلك، كان لدى ألتمان العديد من المعارضين في المجتمع العلمي؛ وبعد عدة عقود فقط، في التسعينيات، حظي عمله بالاعتراف، وأصبحت ظاهرة ولادة خلايا عصبية جديدة - تكوين الخلايا العصبية - واحدة من أكثر المجالات الرائعة في الفيزيولوجيا العصبية.
من المعروف اليوم أن الخلايا العصبية يمكن أن تنشأ في دماغ حيوان ثديي بالغ مما يسمى بالخلايا الجذعية العصبية. لقد ثبت حتى الآن أن هذا يحدث في ثلاث مناطق من الدماغ: التلفيف المسنن في الحصين، والمنطقة تحت البطينية (في الجدران الجانبية للبطينات الجانبية للدماغ) والقشرة المخيخية. تكون الخلايا العصبية أكثر نشاطًا في المخيخ. هذه المنطقة من الدماغ مسؤولة عن اكتساب وتخزين المعلومات حول المهارات الآلية اللاواعية - على سبيل المثال، عند تعلم رقصة، نتوقف تدريجيًا عن التفكير في الحركات ونؤديها تلقائيًا؛ يتم تخزين المعلومات حول هذه المعلمات بدقة في المخيخ. ربما يكون الشيء الأكثر إثارة للاهتمام بالنسبة للباحثين هو تكوين الخلايا العصبية في التلفيف المسنن. هذا هو المكان الذي تولد فيه عواطفنا، ويتم تخزين المعلومات المكانية ومعالجتها. ليس من الممكن حتى الآن فهم كيفية تأثير الخلايا العصبية المتكونة حديثًا على الذكريات المتكونة بالفعل والتفاعل مع الخلايا الناضجة في هذا الجزء من الدماغ.

تساعد التجارب التي أجريت على الفئران في متاهات ذات تصميمات مختلفة العلماء على فهم ما يحدث للخلايا العصبية الجديدة في الدماغ وكيف يتم دمجها في الأداء السلس للخلايا الموجودة في الجهاز العصبي.

متاهة للذاكرة

من أجل فهم كيفية تفاعل الخلايا العصبية الجديدة مع الخلايا القديمة، تتم دراسة عملية تعلم الحيوانات في متاهة موريس المائية بنشاط. أثناء التجربة، يتم وضع الحيوان في حوض سباحة قطره 1.2-1.5 متر، وعمقه 60 سم، وتكون جدران الحوض مختلفة، وفي مكان معين من المسبح يتم إخفاء منصة على بعد بضعة ملليمترات تحت الماء. يسعى فأر المختبر المغمور في الماء إلى الشعور بسرعة بالأرض الصلبة تحت قدميه. أثناء السباحة في حوض السباحة، يتعلم الحيوان مكان المنصة ويجدها بشكل أسرع في المرة القادمة.
ومن خلال تدريب الفئران في متاهة موريس المائية، كان من الممكن إثبات أن تكوين الذاكرة المكانية يؤدي إلى موت أصغر الخلايا العصبية، ولكنه يدعم بشكل فعال بقاء الخلايا التي تكونت قبل أسبوع تقريبًا من التجربة، أي أثناء في عملية تكوين الذاكرة، يتم تنظيم حجم الخلايا العصبية الجديدة. وفي الوقت نفسه، فإن ظهور خلايا عصبية جديدة يجعل من الممكن تكوين ذكريات جديدة. وإلا فلن يتمكن الحيوان والإنسان من التكيف مع الظروف البيئية المتغيرة.
وقد لوحظ أن مواجهة الأشياء المألوفة تنشط مجموعات مختلفةالخلايا العصبية الحصين. ومن الواضح أن كل مجموعة من هذه الخلايا العصبية تحمل ذكرى لحدث أو مكان معين. علاوة على ذلك، فإن العيش في بيئة متنوعة يحفز تكوين الخلايا العصبية في الحصين: فالفئران التي تعيش في أقفاص بها ألعاب ومتاهات لديها عدد أكبر من الخلايا العصبية المتكونة حديثًا في الحصين مقارنة بأقاربها من الأقفاص الفارغة القياسية.
من الجدير بالذكر أن تكوين الخلايا العصبية يحدث بنشاط فقط في مناطق الدماغ المسؤولة بشكل مباشر عن البقاء الجسدي: التوجه بالرائحة، والتوجه في الفضاء، وتكوين الذاكرة الحركية. يتم تدريس التفكير المجرد بنشاط في سن مبكرةعندما يكون الدماغ لا يزال في طور النمو ويؤثر تكوين الخلايا العصبية على جميع المناطق. ولكن بعد الوصول إلى مرحلة النضج، تتطور الوظائف العقلية بسبب إعادة هيكلة الاتصالات بين الخلايا العصبية، ولكن ليس بسبب ظهور خلايا جديدة.
على الرغم من المحاولات العديدة غير الناجحة، يستمر البحث عن بؤر تكوين الخلايا العصبية غير المعروفة سابقًا في الدماغ البالغ. يعتبر هذا الاتجاه ذا صلة ليس فقط بالعلوم الأساسية، ولكن أيضًا بالأبحاث التطبيقية. ترتبط العديد من أمراض الجهاز العصبي المركزي بفقدان مجموعة معينة من الخلايا العصبية في الدماغ. ولو أمكن زراعة بديل لها، لمرض باركنسون، ومظاهر كثيرة لمرض الزهايمر، عواقب سلبيةسيتم هزيمة الصرع أو السكتة الدماغية.

بقع الدماغ

هناك طريقة أخرى مثيرة للاهتمام اعتمدها علماء الأعصاب في أبحاثهم وهي زرع الخلايا الجذعية الجنينية في دماغ حيوان بالغ لاستعادة الوظائف المفقودة. حتى الآن، تؤدي مثل هذه التجارب إلى رفض الأنسجة أو الخلايا المدخلة بسبب الاستجابة المناعية القوية، لكن إذا تجذرت الخلايا الجذعية في بعض الحالات، فإنها تتطور إلى خلايا دبقية (أنسجة مصاحبة)، وليس إلى خلايا عصبية على الإطلاق. حتى لو كان من الممكن في المستقبل تنشيط تكوين الخلايا العصبية في أي منطقة من الدماغ، فمن غير الواضح كيف ستشكل الخلايا العصبية المتكونة حديثًا اتصالات داخل شبكة قائمة بالفعل من الخلايا العصبية وما إذا كانت ستتمكن من القيام بذلك على الإطلاق. إذا كان الحصين جاهزًا لمثل هذه العملية، فإن ظهور خلايا عصبية جديدة في مناطق أخرى من الدماغ يمكن أن يعطل الشبكات التي تم إنشاؤها على مر السنين؛ وبدلا من المنفعة المتوقعة، ربما لن يحدث سوى الضرر. ومع ذلك، يواصل العلماء دراسة إمكانيات تكوين الخلايا العصبية في أجزاء أخرى من الدماغ.

يوضح الشكل عملية تكوين خلايا عصبية جديدة في الحصين لدى حيوان ثديي بالغ عند تعرضه لجرعات منخفضة من الإشعاع. الخلايا العصبية الجديدة حمراء، والدبقية خضراء.

في الآونة الأخيرة، في فبراير 2010، نشرت مجموعة من الباحثين الكنديين من جامعة تورنتو وجامعة واترلو نتائج التجارب باستخدام السيكلوسبورين أ كمحفز لتكوين الخلايا العصبية. في زراعة الخلايا، تبين أن السيكلوسبورين A يزيد من نمو وعدد الخلايا في المستعمرة، وأدى إعطاء هذه المادة للفئران البالغة إلى زيادة الخلايا الجذعية العصبية في الدماغ.
إلى جانب المواد الاصطناعية، تتم أيضًا دراسة خصائص الجزيئات الداخلية التي يمكن أن تعزز تكوين الخلايا العصبية. معظم الاهتمامتستحق العوامل الغذائية العصبية التي ينتجها جسم الحيوان الاهتمام هنا. هذه هي عامل نمو الأعصاب (NGF)، وعامل التغذية العصبية المشتق من الدماغ (BDNF)، والبروتينات العصبية 1، و-3، و-4.
تنتمي عوامل التغذية العصبية إلى مجموعة البروتينات التي تدعم نمو الخلايا العصبية وتطورها وبقائها. إذا قمت بتوصيل عامل التغذية العصبية إلى المنطقة المتضررة من الدماغ، فيمكنك إبطاء موت الخلايا العصبية بشكل كبير ودعم نشاطها الحيوي. على الرغم من أن عوامل التغذية العصبية غير قادرة على تنشيط تكوين خلايا عصبية جديدة في الدماغ، إلا أنها تتمتع بخاصية فريدة تتمثل في تنشيط استعادة عمليات الخلايا العصبية (المحاور) بعد تعرضها للتلف أو الفقدان. يصل طول بعض المحاور إلى متر، وهي المحاور التي تقوم بتوصيل النبضات العصبية من الدماغ إلى أطرافنا وأعضائنا الداخلية وأنسجتنا. تتعطل سلامة هذه المسارات بسبب كسور العمود الفقري ونزوح العمود الفقري. التجديد المحوري هو الأمل في استعادة القدرة على تحريك الذراعين والساقين في مثل هذه الحالات.

براعم ويطلق النار

نُشرت الأعمال الأولى التي تثبت إمكانية تجديد المحاور العصبية في عام 1981. ثم ظهر مقال في مجلة العلوم أثبت أن هذا التجديد ممكن. عادة، هناك عدة أسباب تتداخل مع تجديد المحاور العصبية، ولكن إذا تمت إزالة العائق، تنمو المحاور بشكل نشط وتخلق اتصالات جديدة لتحل محل المحاور المفقودة. ومع بداية دراسة تجديد المحاور العصبية تم اكتشافه عهد جديدفي الطب، هناك الآن أمل للأشخاص الذين يعانون من إصابة في النخاع الشوكي في إمكانية استعادة قدراتهم الحركية. وقد حظيت هذه الدراسات بدعم واسع النطاق، وليس فقط من مراكز الأبحاث المختلفة. وهكذا، قام الممثل الشهير كريستوفر ريف، الذي لعب الدور الرئيسي في فيلم "سوبرمان" وأصبح معاقًا بعد إصابته بكسر في العمود الفقري، بتأسيس مع زوجته مؤسسة لدعم مثل هذه الأبحاث - مؤسسة كريستوفر ودانا ريف للشلل.

تقدم الأبحاث الحديثة التي أجراها علماء الأعصاب بعض الأمل للأشخاص ذوي الإعاقة الذين يقتصر استخدامهم على الكراسي المتحركة بسبب الأضرار التي لحقت بالجهاز العصبي.

العائق الرئيسي أمام تجديد محور عصبي هو تكوين أنسجة ندبية، والتي تعزل الأضرار التي لحقت بالحبل الشوكي أو الأعصاب الطرفية عن الخلايا المحيطة. ويعتقد أن مثل هذه الندبة تنقذ المناطق المجاورة من اختراق السموم المحتمل من المنطقة المتضررة. ونتيجة لذلك، لا يمكن للمحاور اختراق الندبة. لقد ثبت أن أساس النسيج الندبي هو بروتين الجليكان (كبريتات الكوندرويتين).
أظهرت الأبحاث التي أجريت عام 1998 في مختبر البروفيسور ديفيد موير في معهد الدماغ بجامعة فلوريدا أنه من الممكن تدمير بروتين الجليكان باستخدام الإنزيم البكتيري شوندرويتيناز ABC. ولكن حتى عند إزالة العائق الميكانيكي، يظل نمو المحور العصبي بطيئًا. والحقيقة هي أنه في موقع الضرر هناك مواد تتداخل مع التجديد، مثل MAG، OMgp، Nogo. إذا قمت بحظرهم، يمكنك تحقيق زيادة كبيرة في التجديد.
وأخيرا، لنمو محور عصبي ناجح من المهم الحفاظ عليه مستوى عالالعوامل العصبية. على الرغم من أن البروتينات العصبية لها تأثير إيجابي على تجديد الجهاز العصبي، التجارب السريريةتم تحديدها بشكل كبير آثار جانبيةمثل فقدان الوزن، وفقدان الشهية، والغثيان، وظهور المشاكل النفسية. لتعزيز عملية التجدد، يمكن حقن الخلايا الجذعية في موقع الإصابة، ولكن هناك أدلة على أن زرع الخلايا الجذعية في النخاع الشوكي يمكن أن يؤدي إلى ظهور الأورام.
حتى لو نما المحور العصبي وأصبح قادرًا على توصيل النبضات العصبية، فهذا لا يعني أن الأطراف ستبدأ في العمل بشكل طبيعي. ولكي يحدث هذا، يجب أن يكون هناك العديد من الاتصالات (المشابك العصبية) بين محاور الخلايا العصبية والألياف العضلية، التي تحرك جسم الإنسان. تستغرق استعادة مثل هذه الاتصالات منذ وقت طويل. بالطبع، يمكن تسريع الانتعاش إذا قمت بإجراء تمارين بدنية خاصة، ولكن في غضون بضعة أشهر أو حتى سنوات، من المستحيل إعادة إنشاء صورة الاتصالات العصبية التي تم تشكيلها على مدى عقود، من اليوم الأول لنشوئها بالكامل. الحياة البشرية. لا يمكن حساب عدد هذه الاتصالات، وربما يكون مماثلا لعدد النجوم في الكون.
ولكن هناك أيضًا لحظة إيجابية - بعد كل شيء السنوات الاخيرةلقد تمكنا من تحريك الإبرة، والآن أصبح من الواضح على الأقل ما هي الطرق التي يمكننا من خلالها محاولة تسريع عملية تجديد الخلايا العصبية.

يتم تنسيق نشاط الخلايا في جسم الحيوانات متعددة الخلايا عن طريق "المرسلات الكيميائية" والخلايا العصبية. على مدى السنوات القليلة الماضية، كان من الممكن توضيح طبيعة أصل وانتقال النبضات العصبية إلى حد كبير.

كلما ارتفعت المكانة التي يحتلها الكائن الحي في المملكة الحيوانية، كلما أصبح دور نظام الخلايا المصمم لتنسيق أنشطته أكثر أهمية. لقد خلقت الطبيعة نظامين مختلفين للتنسيق. يعتمد أحدهما على إطلاق وتوزيع "الرسائل الكيميائية" في جميع أنحاء الجسم - وهي هرمونات تنتجها خلايا متخصصة معينة وقادرة على تنظيم نشاط الخلايا الموجودة في أجزاء أخرى من الجسم. النظام الثاني، القادر على القيام بعمل أكثر سرعة وانتقائية أيضًا، هو نظام متخصص من الخلايا العصبية، أو الخلايا العصبية، التي تتمثل وظيفتها في تلقي ونقل الأوامر عن طريق نبضات كهربائية تنتشر على طول مسارات معينة. نشأ كلا نظامي التنسيق هذين في عملية التطور منذ وقت طويل جدًا، والثاني منهما، وهو الجهاز العصبي، خضع لتطور تطوري مهم بشكل خاص، وبلغ ذروته في إنشاء عضو مذهل وغامض - الدماغ البشري.

إن معرفتنا بطريقة عمل ملايين الخلايا في دماغنا لا تزال في مهدها. ومع ذلك، فإن هذه المعرفة كافية بشكل عام لإكمال المهمة المطروحة هنا - لوصف، وشرح جزئيًا، كيف تقوم الخلايا الفردية (الخلايا العصبية) بتوليد ونقل النبضات الكهربائية، والتي تشكل العنصر الرئيسي في الكود الذي تعمل من خلاله. النظام الداخلياتصالات جسم الإنسان.

تتكون معظم الخلايا العصبية من نوعين من الخلايا العصبية - الحسية والحركية. تجمع الخلايا العصبية الحسية وتنقل إلى المراكز العليا في الجهاز العصبي النبضات الناشئة في مناطق مستقبلات خاصة تتمثل وظيفتها في فحص البيئة الخارجية والداخلية للجسم. تنقل الخلايا العصبية الحركية النبضات من المراكز العليا إلى الخلايا "العاملة" (عادة خلايا العضلات)، أي الخلايا التي تعتمد عليها استجابة الجسم للتغيرات في كلتا البيئتين بشكل مباشر. في التفاعلات الانعكاسية البسيطة، يحدث انتقال الإشارات من الخلايا العصبية الحسية إلى الخلايا العصبية الحركية تلقائيًا ويتم ضمانه من خلال أنظمة بسيطة نسبيًا من المشابك العصبية التي تمت دراستها جيدًا.

أثناء التطور الجنيني، من جسم الخلية العصبية - سواء كانت خلية حسية أو حركية - ينمو امتداد محور عصبي طويل، والذي ينمو بطريقة غير معروفة إلى نقطة محددة في المحيط لكي يتلامس مع العضلات أو الجلد . في البالغين، يمكن أن يصل طول المحور العصبي إلى 1-1.5 متر بسمك أقل من 0.025 ملم. يشكل المحور العصبي نوعًا من سلك التلغراف المصغر لنقل الرسائل من الأطراف إلى جسم الخلية العصبية التي تقع في الحبل الشوكي أو في الدماغ تحت حماية العمود الفقري أو الجمجمة. ربما تمت دراسة الألياف العصبية المحيطية المعزولة بشكل مكثف أكثر من أي نسيج آخر، على الرغم من حقيقة أن هذه الألياف لا تمثل سوى أجزاء من الخلايا، مقطوعة عن نواة الخلايا ونهاياتها المحيطية. ومع ذلك، فإن هذه الألياف العصبية المعزولة تحتفظ بالقدرة على نقل النبضات العصبية لفترة طويلة ويمكنها عادةً نقل عشرات الآلاف من النبضات قبل أن تتوقف عن العمل. هذه الملاحظة، إلى جانب عدد من الملاحظات الأخرى، تقنعنا بأن جسم الخلية العصبية والنواة الموجودة فيها، على ما يبدو، "يعتني" بطريقة ما بعمليتها، ويتحكم في نموها، وإذا لزم الأمر، يقوم بإصلاح الضرر، على الرغم من أنه لا تشارك بشكل مباشر في نقل الإشارات.

لسنوات عديدة كانت هناك مناقشات حول ما إذا كانت فكرة الخلية كوحدة هيكلية أساسية قابلة للتطبيق على الجهاز العصبي واتصالاته الوظيفية. يعتقد بعض الباحثين أن الخلية العصبية النامية تنمو حرفيًا في السيتوبلازم لكل تلك الخلايا التي تدخل معها في التفاعل الوظيفي. لا يمكن حل هذه المشكلة نهائيًا حتى ظهور ميكروسكوب الكتروني، بدقة عالية. اتضح أن الخلية العصبية على معظم سطحها، بما في ذلك سطح جميع عملياتها، هي بالفعل ملفوفة بإحكام في خلايا أخرى، ولكن يتم فصل سيتوبلازم هذه الخلايا عن سيتوبلازم الخلية العصبية بواسطة أغشية محددة بوضوح. بالإضافة إلى ذلك، هناك فجوة صغيرة بين أغشية الخلية العصبية والخلايا الأخرى المحيطة بها، يبلغ سمكها عادة 100-200 أنجستروم.

بعض هذه الاتصالات الخلوية عبارة عن نقاط اشتباك عصبي - وهي نقاط تنتقل عندها الإشارات من خلية إلى الرابط التالي في السلسلة. ومع ذلك، تحدث المشابك العصبية فقط على جسم العصبون أو بالقرب منه وفي أطراف المحور العصبي المحيطي. معظمالخلايا المغطاة، وخاصة الخلايا التي تغطي المحور العصبي، لا تنتمي إلى الخلايا العصبية على الإطلاق. وظيفتهم لا تزال لغزا. تسمى بعض هذه الخلايا المصاحبة خلايا شوان، والبعض الآخر يسمى الخلايا الدبقية. من الواضح أن هذه الخلايا لا تلعب أي دور في عملية نقل النبضات: فمن الممكن أن تشارك فيها بشكل غير مباشر فقط، مما يؤثر على المجال الكهربائي حول المحور العصبي. من المهم جدًا، على سبيل المثال، وجود عدد قليل جدًا من هذه الخلايا الساتلة على سطح الألياف العضلية المعزولة (والتي تكون قريبة جدًا من الألياف العصبية في قدرتها على نقل النبضات الكهربائية).

تتمثل إحدى وظائف الأقمار الصناعية المحورية في تكوين ما يسمى بغمد اللب - وهو غمد عازل مجزأ يغطي الألياف العصبية الطرفية للفقاريات ويحسن قدرتها على التوصيل. بفضل الدراسات المجهرية الإلكترونية التي أجراها ب. بن غيرين أوزمان و ف. شميت، نعلم الآن أن كل جزء من غشاء اللب يتكون من خلية شوان، التي تحتوي على النواة؛ يلتف السيتوبلازم في خلية شوان بإحكام في شكل حلزوني حول المحور العصبي، مكونًا غمدًا متعدد الطبقات. يتم فصل الأجزاء الفردية من القشرة بواسطة فجوات، ما يسمى بعقد رانفييه، حيث يتم تجديد الإشارة الكهربائية.

هناك أنواع أخرى من الألياف العصبية التي تفتقر إلى غلاف لبّي، لكن حتى هذه الألياف تكون مغطاة بطبقة واحدة من خلايا شوان. ربما يكون السبب على وجه التحديد هو أن المحور العصبي يمتد بعيدًا عن نواة الخلية العصبية، وهو ما يحتاج إلى هذا الاتصال الوثيق مع الخلايا الساتلة التي تحتوي على نواة. ألياف العضلات، على عكس المحاور المعزولة، هي خلايا مستقلة تمامًا، يحتوي السيتوبلازم فيها على نوى؛ وربما تكون قدرتها على الاستغناء عن الخلايا الساتلة مرتبطة بوجود النواة. ومهما كانت وظيفة هذه السواتل، فإنها في كل الأحوال لا تستطيع الحفاظ على حياة المحور العصبي لفترة طويلة بعد قطعه عن جسم الخلية؛ وبعد بضعة أيام، تنهار هذه العملية المقطوعة دائمًا وتموت. كيف تعمل نواة الخلية العصبية طوال الحياة كمركز لإصلاح الضرر، وكيف تنشر تأثيرها بالضبط إلى الأجزاء البعيدة من المحور العصبي، لا يزال لغزا (بعد كل شيء، على سبيل المثال، إذا انتشر هذا التأثير بسبب إلى الانتشار العادي، فإن قطع مثل هذه المسافة سيستغرق سنوات).

تبين أن أساليب علم وظائف الأعضاء التجريبية كانت أكثر فائدة عند تطبيقها على دراسة عمليات التوصيل المباشر للنبضات على طول العصب مقارنة بدراسة العمليات طويلة المدى التي لا تقل أهمية ولكنها أكثر صعوبة. نحن لا نعرف سوى القليل جدًا عن التفاعل الكيميائي بين العصب وتوابعه أو عن القوى التي توجه العصب المتنامي بطريقة معينةوحثها على تكوين اتصالات متشابكة مع الخلايا الأخرى. كما أننا لا نعرف شيئًا عن كيفية تجميع الخلايا للمعلومات، أي ما هي آلية الذاكرة. لذلك، سنخصص بقية هذه المقالة بشكل حصري تقريبًا للنبضات العصبية وطريقة انتقالها عبر الشقوق التشابكية الضيقة التي تفصل خلية عصبية عن أخرى.

معظم معلوماتنا عن الخلية العصبية تأتي من دراسة محور عصبي في الحبار العملاق، والذي يصل سمكه إلى المليمتر تقريبًا. من السهل جدًا تطبيق أقطاب كهربائية دقيقة على هذه الألياف أو مراقبة دخول وخروج المواد الموسومة بالنظائر المشعة. غمد الألياف يفصل بين الاثنين محلول مائي، والتي لها نفس الموصلية الكهربائية تقريبًا وتحتوي تقريبًا على نفس العدد من الجزيئات أو الأيونات المشحونة كهربائيًا. ومع ذلك، فإن التركيب الكيميائي لهذين الحلين مختلف تماما. في المحلول الخارجي، أكثر من 90% من الجزيئات المشحونة هي أيونات الصوديوم (مشحونة بشكل إيجابي) وأيونات الكلور (مشحونة سلبا). وفي المحلول الموجود داخل الخلية، يشكل مجموع هذه الأيونات أقل من 10% من المواد الذائبة؛ هنا يتكون الجزء الأكبر من الأيونات الموجبة الشحنة من أيونات البوتاسيوم، ويتم تمثيل الأيونات السالبة من خلال مجموعة متنوعة من الجزيئات العضوية (والتي يتم تصنيعها بلا شك في الخلية نفسها)، وهي كبيرة جدًا بحيث لا يمكن أن تنتشر عبر غشاء المحور العصبي. ولذلك، فإن تركيز أيونات الصوديوم في الخارج أعلى بحوالي 10 مرات من داخل المحور العصبي؛ وعلى العكس من ذلك فإن تركيز أيونات البوتاسيوم داخل المحور أعلى بـ 30 مرة من خارجه. على الرغم من أن نفاذية الغشاء المحوري لجميع هذه الأيونات صغيرة، إلا أنها ليست نفسها بالنسبة للأيونات المختلفة؛ تمر أيونات البوتاسيوم والكلور عبر هذا الغشاء بسهولة أكبر بكثير من أيونات الصوديوم والأيونات العضوية الكبيرة. ونتيجة لذلك، يحدث فرق جهد يصل إلى 60-90 مللي فولت، وتتحول المحتويات الداخلية للخلية إلى شحنة سالبة بالنسبة للمحلول الخارجي.

وللحفاظ على هذه الاختلافات في تركيز الأيونات، تحتوي الخلية العصبية على نوع من المضخة التي تضخ أيونات الصوديوم عبر الغشاء بنفس المعدل الذي تدخل فيه الخلية في اتجاه التدرج الكهروكيميائي. عادة ما تكون نفاذية سطح الخلية الساكنة للصوديوم منخفضة جدًا بحيث يكون تغلغل أيونات الصوديوم داخل الخلية صغيرًا جدًا؛ لذلك، يتم إنفاق جزء صغير فقط من الطاقة التي يتم إطلاقها بشكل مستمر في عملية استقلاب الخلية لأداء العمل المرتبط بعملية الضخ. لا نعرف تفاصيل تشغيل هذه المضخة، ولكن يبدو أنها تتضمن تبادل أيونات الصوديوم لأيونات البوتاسيوم؛ أي أنه مقابل كل أيون صوديوم يتم إطلاقه عبر الغشاء، تقبل الخلية أيونًا واحدًا من البوتاسيوم. بمجرد دخولها إلى المحور العصبي، تتحرك أيونات البوتاسيوم فيه بحرية كما تتحرك الأيونات عادة في أي محلول ملحي بسيط. عندما تكون الخلية في حالة راحة، تتسرب أيونات البوتاسيوم عبر الغشاء، ولكن ببطء شديد.

يشبه غشاء المحور العصبي أغشية الخلايا الأخرى. يبلغ سمكها حوالي 50-100 أنجستروم ومجهزة بطبقة عازلة رقيقة تتكون من مواد دهنية. ومقاومته النوعية لمرور التيار الكهربائي أعلى بنحو 10 ملايين مرة من مقاومة المحاليل الملحية التي تغسله من الخارج والداخل. ومع ذلك، فإن المحور العصبي سيكون عديم الفائدة تمامًا إذا تم استخدامه ببساطة كسلك كهربائي. إن مقاومة السائل داخل المحور العصبي أعلى بحوالي 100 مليون مرة من مقاومة السلك النحاسي، كما أن غشاءها يسمح بتسرب تيار أكبر بمليون مرة من لف سلك جيد. إذا قمت بتحفيز محور عصبي بتيار كهربائي أضعف من أن يسبب نبضًا عصبيًا، فإن الإشارة الكهربائية تصبح غامضة وتضعف بعد انتقالها بضعة ملليمترات فقط على طول الألياف.

كيف ينقل المحور العصبي الدفعة الأولية لمسافة تزيد عن المتر دون توهين ودون تشويه؟

إذا قمت بزيادة شدة الإشارة الكهربائية المطبقة على غشاء الخلية العصبية، فسيتم الوصول في مرحلة ما إلى المستوى الذي لم تعد فيه الإشارة تتلاشى أو تختفي. في هذه الحالة (إذا تم أخذ الجهد العلامة المطلوبة) يتم التغلب على عتبة معينة وتصبح الخلية "متحمس". لم يعد محور الخلية يتصرف كسلك سلبي، بل يولد نبضًا خاصًا به، مما يؤدي إلى تضخيم النبض المطبق في الأصل. وينتقل الدافع، أو الذروة، المتضخمة على هذا النحو، من نقطة إلى أخرى دون أن يفقد قوته، وينتشر بسرعة ثابتة في جميع أنحاء المحور العصبي بأكمله. تتراوح سرعة انتشار النبضات على طول الألياف العصبية للفقاريات من عدة أمتار في الثانية (للألياف الرقيقة غير اللبية) إلى حوالي 100 متر في الثانية (للألياف اللبية الأكثر سمكًا). أعلى سرعةالتوصيل - أكثر من 300 كيلومتر في الساعة - نجده في الألياف الحسية والحركية التي تتحكم في الحفاظ على توازن الجسم والحركات المنعكسة السريعة. بعد إرسال نبضة، تفقد الألياف العصبية قدرتها على الإثارة لفترة قصيرة، وتقع في حالة حرارية، ولكن بعد 1-2 ألف من الثانية تكون جاهزة مرة أخرى لتوليد نبضات.

لقد تم توضيح العمليات الكهروكيميائية الكامنة وراء النبض العصبي، أو إمكانات الفعل كما يطلق عليها، إلى حد كبير على مدى السنوات الخمس عشرة الماضية. كما رأينا، يتم تحديد فرق الجهد بين الأسطح الداخلية والخارجية للغشاء بشكل أساسي من خلال اختلاف نفاذية الغشاء للأيونات؛ الصوديوم والبوتاسيوم. هذه النفاذية الانتقائية هي سمة من سمات العديد من الأغشية، الطبيعية والاصطناعية. ومع ذلك، فإن خصوصية غشاء الألياف العصبية هو أن درجة نفاذيته تعتمد، بدورها، على فرق الجهد بين سطحيه الداخلي والخارجي، وأساس عملية توصيل النبضات بأكملها، في جوهرها، هذا غريب للغاية التأثير المتبادل.

وجد A. Hodgkin و A. Huxley أن النقص الاصطناعي في فرق الجهد بين الأسطح الداخلية والخارجية للغشاء يؤدي على الفور إلى زيادة نفاذية الغشاء لأيونات الصوديوم. نحن لا نعرف سبب حدوث هذا التغيير المحدد في نفاذية الغشاء، ولكن عواقب هذا التغيير مهمة للغاية. عندما تخترق أيونات الصوديوم الموجبة الغشاء الغشاء، فإنها تتسبب في انقراض موضعي لبعض الشحنات السالبة الزائدة داخل المحور العصبي، مما يؤدي إلى مزيد من الانخفاض في فرق الجهد. وبالتالي، فهي عملية تعزيز ذاتي، لأن اختراق عدد قليل من أيونات الصوديوم عبر الغشاء يسمح للأيونات الأخرى أن تحذو حذوها. عندما يتم تقليل فرق الجهد بين الأسطح الداخلية والخارجية للغشاء إلى قيمة عتبة، تخترق أيونات الصوديوم إلى الداخل بكميات تتغير فيها الشحنة السالبة للمحلول الداخلي إلى إيجابية؛ يحدث "اشتعال" مفاجئ، مما يؤدي إلى نبض عصبي، أو جهد الفعل. تعمل هذه الدفعة، المسجلة بواسطة مرسمة الذبذبات على شكل قمة، على تغيير نفاذية غشاء المحور العصبي في المنطقة الواقعة أمام النقطة التي تمر عبرها الدفعة حاليًا، وتخلق الظروف التي تضمن تغلغل الصوديوم في المحور العصبي ; بفضل هذا، تتكرر العملية عدة مرات، وتنتشر على طول المحور حتى يمر إمكانات العمل على طولها بالكامل.

مباشرة وراء الدافع المتحرك، تحدث أحداث أخرى. يُغلق "باب الصوديوم" الذي فُتح أثناء صعود القمة مرة أخرى، ويُفتح الآن "باب البوتاسيوم" لفترة وجيزة. يؤدي هذا إلى تسرب سريع لأيونات البوتاسيوم الموجبة الشحنة، مما يؤدي إلى استعادة الشحنة السالبة الأصلية داخل المحور العصبي. في غضون بضعة أجزاء من الألف من الثانية بعد عودة فرق الجهد بين الأسطح الداخلية والخارجية للغشاء إلى مستواه الأصلي، من الصعب تغيير فرق الجهد هذا والتسبب في حدوث دفعة جديدة. ومع ذلك، فإن نفاذية الغشاء للأيونات المختلفة تعود بسرعة إلى مستواها الأصلي، وبعد ذلك تكون الخلية جاهزة لتوليد النبضة التالية.

يحدث دخول أيونات الصوديوم إلى المحور العصبي ثم خروج أيونات البوتاسيوم بعد ذلك لفترة وجيزة جدًا ويؤثر على عدد صغير من الجزيئات بحيث لا يمكن لهذه العمليات أن تؤثر على تكوين محتويات المحور ككل. حتى بدون التجديد، فإن إمداد أيونات البوتاسيوم داخل المحور العصبي كبير بما يكفي لضمان مرور العشرات من النبضات. في الكائن الحي، يحافظ نظام الإنزيم الذي يتحكم في مضخة الصوديوم بسهولة على الخلايا في حالة استعداد لتوليد النبضات.

هذه العملية المعقدة لتوصيل الإشارة (التي يجب أن تتحلل بسرعة كبيرة بسبب التسرب في الدائرة) من خلال مكبرات الصوت العديدة على طول خط النقل توفر الظروف اللازمة لجهازنا العصبي للتواصل عبر مسافات طويلة نسبيًا داخل الجسم. إنه يخلق نظام ترميز نمطي معروف لقنوات الاتصال لدينا - نبضات قصيرة، ثابتة تقريبًا في القوة وتتبع بعضها البعض على فترات مختلفة، ويعتمد حجمها فقط على مدة فترة الانكسار للخلية العصبية. للتعويض عن أوجه القصور في نظام الترميز البسيط هذا، يمتلك الجسم العديد من قنوات الاتصال (المحاور) المتوازية مع بعضها البعض، كل منها عبارة عن عملية لخلية عصبية منفصلة. على سبيل المثال، في الجذع العصب البصريالممتدة من العين، وتحتوي على أكثر من مليون قناة تكون على اتصال وثيق مع بعضها البعض؛ كلهم قادرون على نقل نبضات مختلفة إلى المراكز العليا في الدماغ.

دعونا نعود الآن إلى مسألة ما يحدث في المشبك العصبي - عند النقطة التي يصل فيها الدافع إلى نهاية إحدى الخلايا ويصطدم بخلية عصبية أخرى. لا تتمتع عملية التعزيز الذاتي لنقل النبضات، التي تعمل داخل كل خلية على حدة، بالقدرة على "القفز" تلقائيًا عبر حدود خلية معينة إلى الخلايا المجاورة. وهذا طبيعي تمامًا. ففي النهاية، إذا كانت الإشارات التي تنتقل عبر القنوات الفردية في حزمة عصبية قادرة على القفز من قناة إلى أخرى، فإن نظام الاتصال بأكمله لن يكون له أي فائدة. صحيح، في موقع الاتصالات المشبكية الوظيفية، لا تزيد الفجوة بين أغشية الخلايا عادة عن عدة مئات من الأنجستروم. ومع ذلك، بناءً على كل ما نعرفه عن حجم منطقة التلامس والخصائص العازلة لأغشية الخلايا، فمن الصعب أن نتخيل وجود اتصال تلغرافي فعال بين نهاية خلية عصبية واحدة ومحتوياتها الداخلية. من جانب اخر. تجربة مقنعة في هذا

وبهذا المعنى قد تكون هناك محاولة لنقل دفعة تحت العتبة - أي دفعة لا تسبب الذروة - من خلال المشبك الذي يفصل أحد الأعصاب الحركية عن الألياف العضلية. إذا تم تطبيق تيار ضعيف على هذا العصب الحركي بالقرب من المشبك، فإن قطب الرصاص الذي يتم إدخاله مباشرة في الألياف العضلية لن يسجل أي نبضات. من الواضح أنه عند المشبك يتم قطع الاتصال التلغرافي الذي تقوم به الألياف العصبية، ويحدث المزيد من نقل الرسائل من خلال عملية أخرى.

تم اكتشاف طبيعة هذه العملية منذ حوالي 25 عامًا بواسطة جي ديل وزملائه. في بعض النواحي يشبه الآلية الهرمونية، ذكرنا في بداية مقالتنا. تعمل نهايات العصب الحركي مثل الغدد، حيث تفرز عاملًا كيميائيًا معينًا (الوسيط، أو الوسيط). استجابة للدافع الذي ينتقل إليهم، يتم إطلاق هذه النهايات مادة خاصة- الأسيتيل كولين، الذي ينتشر بسرعة وكفاءة من خلال الشق التشابكي الضيق. ترتبط جزيئات الأسيتيل كولين بجزيئات المستقبلات في منطقة التلامس مع الألياف العضلية وتفتح بطريقة أو بأخرى "الأبواب الأيونية" لهذه الألياف، مما يسمح للصوديوم بالتغلغل في الداخل والتسبب في توليد نبضات. يمكن تحقيق نفس النتائج من خلال تطبيق الأسيتيل كولين تجريبياً على منطقة التلامس مع الألياف العضلية. من الممكن أن يكون هناك وسطاء كيميائيون مماثلون يشاركون في إنشاء معظم الاتصالات بين الخلايا في نظامنا العصبي المركزي. ومع ذلك، من الصعب أن نعتقد أن الأسيتيل كولين يعمل كوسيط عالمي يعمل في كل هذه الحالات؛ ولذلك، يقوم العديد من العلماء بإجراء أبحاث مكثفة بحثا عن وسطاء كيميائيين طبيعيين آخرين.

تقع مشكلة النقل عند نقاط الاشتباك العصبي في مجموعتين من الأسئلة: 1) كيف يتسبب النبض العصبي في إفراز ناقل كيميائي؟ 2) ما هي العوامل الفيزيائية والكيميائية التي تحدد قدرة الوسيط الكيميائي على تحفيز خلية مجاورة لتوليد دفعة في بعض الحالات أو تثبيط هذا التوليد في حالات أخرى؟

لم نتحدث حتى الآن عن التثبيط، على الرغم من أنه منتشر على نطاق واسع في الجهاز العصبي ويمثل أحد أكثر مظاهر النشاط العصبي إثارة للاهتمام. يحدث التثبيط في الحالات التي يعمل فيها النبض العصبي كفرامل لخلية مجاورة، مما يمنع تنشيطها تحت تأثير الإشارات المثيرة التي تدخلها في نفس الوقت عبر قنوات أخرى. لا يمكن تمييز النبضة التي تمر على طول محور عصبي مثبط في خصائصها الكهربائية عن النبضة التي تمر على طول محور عصبي مثير. ومع ذلك، في جميع الاحتمالات، فإن التأثير الفيزيائي والكيميائي على المشبك العصبي له طبيعة مختلفة. من الممكن أن يحدث التثبيط نتيجة لعملية تؤدي إلى حد ما إلى استقرار إمكانات الغشاء (كهربة) الخلية المستقبلة وتمنع تلك الخلية من الوصول إلى عتبة عدم الاستقرار أو "نقطة الوميض".

هناك العديد من العمليات التي يمكن أن تؤدي إلى هذا الاستقرار. لقد ذكرنا بالفعل أحدها: إنه يحدث خلال فترة الانكسار، والتي تتم ملاحظتها مباشرة بعد توليد النبضة. خلال هذه الفترة، تستقر إمكانات الغشاء عند مستوى عالٍ (الشحنة السالبة للمحتويات الداخلية للخلية هي 80-90 ميلي فولت)، لأن "باب البوتاسيوم" مفتوح على مصراعيه، و"باب الصوديوم" مغلق بإحكام. فإذا كان الوسيط قادراً على إحداث إحدى هاتين الحالتين أو حتى كلتيهما، فإن عمله يكون مثبطاً بلا شك. يمكن الافتراض بحق أنه بهذه الطريقة تؤدي النبضات القادمة من العصب المبهم إلى تقليل معدل ضربات القلب. بالمناسبة، فإن جهاز الإرسال الذي ينتجه العصب المبهم هو نفس الأسيتيل كولين، الذي اكتشفه V. Levy قبل 40 عامًا. وقد لوحظت تأثيرات مماثلة في نقاط الاشتباك العصبي المثبطة المختلفة الموجودة في الحبل الشوكي، ولكن الطبيعة الكيميائية للوسطاء المعنيين لم يتم تحديدها بعد.

يمكن أن يحدث التثبيط أيضًا إذا كان هناك محوران عصبيان "متعارضان" ينتميان إلى محورين خلايا مختلفة، سوف يجتمع في نفس منطقة الخلية الثالثة ويسلط الضوء على بعض المواد الكيميائيةقادرة على التنافس مع بعضها البعض. وعلى الرغم من عدم اكتشاف أمثلة على هذا التثبيط في الطبيعة بعد، إلا أن ظاهرة التثبيط التنافسي معروفة جيدًا في الكيمياء وعلم الصيدلة. (على سبيل المثال، يعتمد التأثير المشلول لسم الكورار على منافسته مع الأسيتيل كولين. تتمتع جزيئات الكورار بالقدرة على الارتباط بتلك المنطقة من الألياف العضلية التي عادة ما تكون حرة وتتفاعل مع الأسيتيل كولين.) والعكس أيضًا هو ممكن، أي أن بعض المواد، التي تفرز بنهاية العصب المثبط، تعمل على نهاية العصب الاستثاري، مما يقلل من وظيفته الإفرازية، وبالتالي كمية الوسيط الاستثاري المنطلق.

لذا، نواجه مرة أخرى نفس السؤال: كيف يتسبب الدافع العصبي في إطلاق جهاز الإرسال؟ وقد أثبتت التجارب الحديثة أن عمل النبضات العصبية عند نقطة اتصال العصب بالعضلة لا يؤدي إلى إحداث عملية إفراز الناقل، بل بتغيير جهد الغشاء، إلى تغيير معدل هذه العملية التي تحدث بشكل مستمر . حتى في غياب أي تحفيز، تطلق أجزاء معينة من النهايات العصبية دفعات من الأسيتيل كولين على فترات غير منتظمة، تحتوي كل دفعة على العديد - وربما الآلاف - من الجزيئات.

عندما يتم إطلاق جزء من جزيئات المرسل تلقائيًا في الألياف العضلية الموجودة على الجانب الآخر من المشبك، يمكن تسجيل تفاعل موضعي صغير مفاجئ. وبعد جزء من الألف من الثانية، ينخفض جهد الغشاء العضلي بمقدار 0.5 ميلي فولت، ثم يتم استعادة الجهد خلال 20 جزءًا من الألف من الثانية. من خلال التغيير المنهجي لإمكانات الغشاء للنهاية العصبية، كان من الممكن تحديد علاقة معينة بين إمكانات الغشاء ومعدل إفراز الأجزاء الفردية من الوسيط. يبدو أن معدل الإفراز يزيد بمقدار 100 مرة تقريبًا لكل انخفاض قدره 30 مللي فولت في جهد الغشاء. في حالة الراحة، يتم إطلاق جزء واحد من جهاز الإرسال في الثانية إلى كل مشبك عصبي. ومع ذلك، مع تغير قصير المدى في الإمكانات بمقدار 120 ميلي فولت أثناء مرور النبض العصبي، فإن تكرار إطلاق أجزاء من المرسل لفترة قصيرة يزيد تقريبًا مليون مرة، ونتيجة لذلك يتم فقدان عدة مئات من أجزاء المرسل. يتم إطلاق جهاز الإرسال في وقت واحد خلال جزء من المللي ثانية.

من المهم للغاية أن يتم إطلاق الوسيط دائمًا في شكل أجزاء متعددة الجزيئات ذات حجم معين. ربما يفسر ذلك بعض سمات البنية المجهرية للنهايات العصبية. تحتوي هذه النهايات العصبية على مجموعة غريبة مما يسمى الحويصلات يبلغ قطر كل منها حوالي 500 أنجستروم، والتي ربما تحتوي على الوسيط، "المعبأ" بالفعل وجاهز للإطلاق. يمكن الافتراض أنه عندما تصطدم هذه الحويصلات بغشاء المحور العصبي، كما يحدث غالبًا، فإن مثل هذا الاصطدام يؤدي أحيانًا إلى تناثر محتويات الحويصلات في الشق التشابكي. لم يتم تأكيد هذه الافتراضات بعد من خلال البيانات المباشرة، لكنها تقدم تفسيرا معقولا لكل ما نعرفه فيما يتعلق بالإطلاق التلقائي لأجزاء منفصلة من الأسيتيل كولين وتسارع هذا الإطلاق في ظل ظروف طبيعية وتجريبية مختلفة. على أية حال، فإن هذه الافتراضات تجعل من الممكن الجمع بين النهج الوظيفي والمورفولوجي لنفس المشكلة.

ونظرًا لقلة المعلومات المتوفرة لدينا، لم نتطرق إلى العديد من المشكلات الأكثر إثارة للاهتمام المتعلقة بالتفاعلات طويلة المدى والتعديلات التكيفية التي تحدث بلا شك في الجهاز العصبي. لدراسة هذه المشاكل الفسيولوجية، ربما سيكون من الضروري تطوير أساليب جديدة تماما، على عكس الأساليب السابقة. من المحتمل أن التزامنا بالطرق التي مكنت من دراسة التفاعلات قصيرة المدى للخلايا القابلة للاستثارة بنجاح قد منعنا من التعمق في مشاكل التعلم والذاكرة والإنتاج. ردود الفعل المشروطةوكذلك التفاعلات الهيكلية والوظيفية بين الخلايا العصبية وجيرانها.

الجهاز العصبي ينظم نشاط جميع الأجهزة والأنظمة، ويحدد وحدتها الوظيفية، ويضمن ارتباط الجسم ككل بالبيئة الخارجية. الوحدة الهيكلية للجهاز العصبي هي خلية عصبية لها عمليات -
الخلايا العصبية. الجهاز العصبي بأكمله عبارة عن مجموعة من الخلايا العصبية التي تتصل ببعضها البعض باستخدام أجهزة خاصة —نقاط الاشتباك العصبي . بناءً على البنية والوظيفة، هناك ثلاثة أنواع من الخلايا العصبية:

مستقبلات، أو حساسة.

الإدراج والإغلاق (موصل) ؛

المستجيب، الخلايا العصبية الحركية، والتي يتم إرسال الدافع منها إلى الأعضاء العاملة (العضلات والغدد).

ينقسم الجهاز العصبي تقليديًا إلى قسمين كبيرين - جسدي أو الحيوان أو الجهاز العصبي و نباتي ، أو الجهاز العصبي اللاإرادي. يقوم الجهاز العصبي الجسدي في المقام الأول بوظائف ربط الجسم بالبيئة الخارجية، مما يوفر الحساسية والحركة مما يسبب تقلص العضلات الهيكلية. وبما أن وظائف الحركة والشعور هي من خصائص الحيوانات وتميزها عن النباتات، فإن هذا الجزء من الجهاز العصبي يسمى الحيوان (الحيوان). يؤثر الجهاز العصبي اللاإرادي على عمليات ما يسمى بالحياة النباتية، وهي شائعة لدى الحيوانات والنباتات (التمثيل الغذائي، والتنفس، والإفراز، وما إلى ذلك)، ومن هنا يأتي اسمه (النباتي - النباتي). يرتبط كلا النظامين ارتباطًا وثيقًا ببعضهما البعض، لكن الجهاز العصبي اللاإرادي يتمتع بدرجة معينة من الاستقلالية ولا يعتمد على إرادتنا، ونتيجة لذلك يطلق عليه أيضًا الجهاز العصبي اللاإرادي.

في الجهاز العصبي هناك وسط جزء - الدماغ والحبل الشوكي - الجهاز العصبي المركزي و الطرفية يمثله الأعصاب الممتدة من الدماغ والحبل الشوكي، وهو الجهاز العصبي المحيطي.

1.

يتحكم الجهاز العصبي في النشاط مختلف الأجهزةوالأنظمة والأجهزة التي يتكون منها الجسم. فهو ينظم وظائف الحركة، والهضم، والتنفس، وإمدادات الدم، وعمليات التمثيل الغذائي، وما إلى ذلك. ويحدد الجهاز العصبي علاقة الجسم بالبيئة الخارجية، ويوحد جميع أجزاء الجسم في كل واحد.

ينقسم الجهاز العصبي وفقًا للمبدأ الطبوغرافي إلى مركزي ومحيطي (الشكل). يشمل الجهاز العصبي المركزي (CNS) الدماغ والحبل الشوكي.

تشمل الأجزاء الطرفية من الجهاز العصبي الأعصاب الشوكية والقحفية بجذورها وفروعها، والضفائر العصبية، والعقد العصبية، والنهايات العصبية.

بالإضافة إلى ذلك، يتكون الجهاز العصبي من جزأين خاصين: جسدي (حيواني) ولاإرادي (لاإرادي).

يعصب الجهاز العصبي الجسدي في المقام الأول أعضاء الجسم: العضلات المخططة (الهيكل العظمي) (الوجه والجذع والأطراف) والجلد وبعض الأعضاء الداخلية (اللسان والحنجرة والبلعوم). يقوم الجهاز العصبي الجسدي في المقام الأول بوظائف ربط الجسم بالبيئة الخارجية، وتوفير الحساسية والحركة، مما يسبب تقلص العضلات الهيكلية. وبما أن وظائف الحركة والشعور هي من خصائص الحيوانات وتميزها عن النباتات، فإن هذا الجزء من الجهاز العصبي يسمى الحيوان (الحيوان). يتم التحكم في تصرفات الجهاز العصبي الجسدي عن طريق الوعي البشري.

يعصب الجهاز العصبي اللاإرادي الأحشاء والغدد والعضلات الملساء للأعضاء والجلد والأوعية الدموية والقلب، وينظم عمليات التمثيل الغذائي في الأنسجة. يؤثر الجهاز العصبي اللاإرادي على عمليات ما يسمى بالحياة النباتية، وهي شائعة لدى الحيوانات والنباتات (التمثيل الغذائي، والتنفس، والإفراز، وما إلى ذلك)، ومن هنا يأتي اسمه (النباتي - النباتي). يرتبط كلا النظامين ارتباطًا وثيقًا ببعضهما البعض، لكن الجهاز العصبي اللاإرادي يتمتع بدرجة معينة من الاستقلالية ولا يعتمد على إرادتنا، ونتيجة لذلك يطلق عليه أيضًا الجهاز العصبي اللاإرادي. وينقسم إلى قسمين، متعاطف وغير متعاطف. يعتمد تحديد هذه الأقسام على المبدأ التشريحي (الاختلافات في موقع المراكز وبنية الأجزاء الطرفية من الجهاز العصبي الودي والباراسمبثاوي) وعلى الاختلافات الوظيفية. إثارة الجهاز العصبي الودي يعزز النشاط المكثف للجسم. على العكس من ذلك، يساعد تحفيز الجهاز السمبتاوي على استعادة الموارد التي ينفقها الجسم. متعاطف و الجهاز السمبتاويلها تأثير معاكس، كونها مضادات وظيفية. وهكذا، تحت تأثير النبضات القادمة من خلال الأعصاب الودية، تصبح تقلصات القلب أكثر تكرارا وتكثيفا، ويزيد ضغط الدم في الشرايين، ويتحلل الجليكوجين في الكبد والعضلات، ويزيد محتوى الجلوكوز في الدم، ويتوسع التلاميذ، تزداد حساسية الحواس وأداء الجهاز العصبي المركزي، وتثبط القصبات الهوائية انقباضات المعدة والأمعاء، ويقل الإفراز عصير المعدةوعصارة البنكرياس، فترتخي المثانة ويتأخر إفراغها. تحت تأثير النبضات القادمة من خلال الأعصاب السمبتاوية، تتباطأ وتضعف تقلصات القلب، وينخفض ضغط الدم، وتنخفض مستويات الجلوكوز في الدم، وتحفز تقلصات المعدة والأمعاء، ويزيد إفراز عصير المعدة وعصير البنكرياس، وما إلى ذلك.

يتكون الجهاز العصبي المركزي من الدماغ والحبل الشوكي. ينقسم الدماغ إلى جذع الدماغ والدماغ الأمامي. يتكون جذع الدماغ من النخاع المستطيل والدماغ المتوسط. الدماغ الأماميمقسمة إلى المتوسطة والنهائية.

جميع أجزاء الدماغ لها وظائفها الخاصة.

وهكذا، يتكون الدماغ البيني من منطقة ما تحت المهاد - مركز العواطف والاحتياجات الحيوية (الجوع والعطش والرغبة الجنسية)، والجهاز الحوفي (المسؤول عن السلوك الاندفاعي العاطفي) والمهاد (تصفية و المعالجة الأوليةالمعلومات الحسية).

البشر لديهم قشرة متطورة بشكل خاص نصفي الكرة المخية- عضو الوظائف العقلية العليا. يبلغ سمكها 3 ملم، وتبلغ مساحتها الإجمالية في المتوسط 0.25 متر مربع.

يتكون اللحاء من ست طبقات. خلايا القشرة الدماغية مترابطة.

هناك حوالي 15 مليار منهم.

الخلايا العصبية القشرية المختلفة لها وظيفتها المحددة. تقوم مجموعة واحدة من الخلايا العصبية بوظيفة التحليل (سحق وتقطيع النبض العصبي)، وتقوم مجموعة أخرى بالتوليف، وتجمع النبضات القادمة من مختلف أعضاء الحواس وأجزاء من الدماغ (الخلايا العصبية الترابطية). هناك نظام من الخلايا العصبية يحتفظ بآثار التأثيرات السابقة ويقارن التأثيرات الجديدة بالآثار الموجودة.

بناءً على خصائص البنية المجهرية، تنقسم القشرة الدماغية بأكملها إلى عشرات الوحدات الهيكلية - الحقول، ووفقًا لموقع أجزائها - إلى أربعة فصوص: القذالي والزماني والجداري والأمامي.

القشرة الدماغية البشرية هي عضو يعمل بشكل متكامل، على الرغم من أن أجزائه الفردية (المناطق) متخصصة وظيفيًا (على سبيل المثال، تؤدي المنطقة القذالية من القشرة وظائف بصرية معقدة، وتؤدي المنطقة الجبهية الصدغية الكلام، وتؤدي المنطقة الزمنية وظائف سمعية). يرتبط الجزء الأكبر من المنطقة الحركية لقشرة الدماغ البشرية بتنظيم حركة عضو العمل (اليدين) وأعضاء الكلام.

جميع أجزاء القشرة الدماغية مترابطة. كما أنها متصلة بالأجزاء الأساسية من الدماغ، والتي تقوم بأهم الوظائف الحيوية. التكوينات تحت القشرية التي تنظم النشاط المنعكس الفطري غير المشروط هي مجال تلك العمليات التي يتم الشعور بها ذاتيًا في شكل مشاعر (وهي، على حد تعبير آي بي بافلوف، "مصدر قوة للخلايا القشرية").

يحتوي الدماغ البشري على كل تلك الهياكل التي نشأت في مراحل مختلفة من تطور الكائنات الحية. أنها تحتوي على "الخبرة" المتراكمة خلال التطور التطوري بأكمله. وهذا يدل على الأصل المشترك للإنسان والحيوان.

مع ازدياد تعقيد تنظيم الحيوانات في مراحل التطور المختلفة، تزداد أهمية القشرة الدماغية أكثر فأكثر.

على سبيل المثال، إذا قمت بإزالة القشرة الدماغية للضفدع (التي تحتوي على نسبة ضئيلة في الحجم الإجمالي لدماغه)، فإن الضفدع لا يغير سلوكه تقريبًا. الحمامة المحرومة من قشرتها الدماغية تطير وتحافظ على التوازن ولكنها تفقد بالفعل عددًا من الوظائف الحيوية. الكلب الذي تمت إزالة قشرة دماغه يصبح غير متكيف تمامًا مع بيئته.

2. بنية الجهاز العصبي: الأنسجة العصبية، الخلايا العصبية، الألياف العصبية، المشابك العصبية، مفهوم القوس العاكس

الجهاز العصبي بأكمله مبني على الأنسجة العصبية. أنسجة عصبيةيتكون من خلايا عصبية (خلايا عصبية) وخلايا عصبية مساعدة مرتبطة تشريحيًا ووظيفيًا. تؤدي الخلايا العصبية وظائف محددة، كونها الوحدة الهيكلية والوظيفية للجهاز العصبي. تضمن الخلايا الدبقية العصبية وجود الخلايا العصبية ووظائفها المحددة، وتؤدي وظائف الدعم والتغذية (الغذائية) وتحديد الحدود والحماية.

تتلقى الخلية العصبية (الخلية العصبية) المعلومات المشفرة وتعالجها وتنقلها على شكل إشارات كهربائية أو كيميائية (نبضات عصبية).

كل خلية عصبية لها جسم وعمليات ونهاياتها. من الخارج، تكون الخلية العصبية محاطة بغشاء (cytolemma)، وهو قادر على إجراء الإثارة وكذلك ضمان تبادل المواد بين الخلية وبيئتها. يحتوي جسم الخلية العصبية على نواة والسيتوبلازم المحيط بها (بيريكاريون). السيتوبلازم في الخلايا العصبية غني بالعضيات (التكوينات تحت الخلوية التي تؤدي وظيفة أو أخرى). يتراوح قطر أجسام الخلايا العصبية من 4-5 إلى 135 ميكرومتر. يختلف شكل أجسام الخلايا العصبية أيضًا - من مستدير إلى بيضاوي إلى هرمي. تمتد العمليات الرقيقة من نوعين من جسم الخلية العصبية بأطوال مختلفة. تسمى واحدة أو أكثر من عمليات التفرع الشبيهة بالشجرة والتي يتم من خلالها جلب النبض العصبي إلى جسم الخلية العصبية بالتغصنات. ويبلغ طولها في معظم الخلايا حوالي 0.2 ميكرومتر. العملية الوحيدة الطويلة عادة التي يتم من خلالها توجيه النبض العصبي من جسم الخلية العصبية هي المحور العصبي، أو العصب.

بناءً على عدد العمليات، تنقسم الخلايا العصبية إلى خلايا أحادية القطب وثنائية ومتعددة الأقطاب. الخلايا العصبية أحادية القطب (أحادية العملية) لها عملية واحدة فقط. في البشر، تم العثور على هذه الخلايا العصبية فقط المراحل الأولىالتطور داخل الرحم. تحتوي الخلايا العصبية ثنائية القطب (ثنائية الشمعة) على محور عصبي واحد وتغصنات واحدة. تنوعها هو الخلايا العصبية الكاذبة (أحادية القطب). يبدأ محور عصبي وتغصنات هذه الخلايا من النمو العام للجسم ثم ينقسم بعد ذلك على شكل حرف T. تحتوي الخلايا العصبية متعددة الأقطاب (متعددة الفروع) على محور عصبي واحد والعديد من التشعبات، وهي تشكل الأغلبية في الجهاز العصبي البشري. الخلايا العصبية مستقطبة ديناميكيا، أي. قادرون على توصيل النبض العصبي في اتجاه واحد فقط - من التشعبات إلى المحور العصبي.

اعتمادا على وظيفتها، وتنقسم الخلايا العصبية إلى حسية، مقحمة ومستجيبة.

الخلايا العصبية الحسية (المستقبلة والواردة). تدرك هذه الخلايا العصبية بنهاياتها أنواع مختلفةتهيج. يتم نقل النبضات المتولدة في النهايات العصبية (المستقبلات) على طول التشعبات إلى جسم الخلية العصبية، والذي يقع دائمًا خارج الدماغ والحبل الشوكي، الموجود في العقد (العقد) في الجهاز العصبي المحيطي. يتم بعد ذلك إرسال النبض العصبي على طول المحور العصبي إلى الجهاز العصبي المركزي أو الحبل الشوكي أو الدماغ. ولذلك، تسمى الخلايا العصبية الحسية أيضًا الخلايا العصبية الواردة. تختلف النهايات العصبية (المستقبلات) في بنيتها وموقعها ووظائفها. هناك مستقبلات خارجية وداخلية ومستقبلات عميقة. تدرك المستقبلات الخارجية التهيج من البيئة الخارجية. توجد هذه المستقبلات في الغلاف الخارجي للجسم (الجلد والأغشية المخاطية) وفي الأعضاء الحسية. تتلقى المستقبلات الداخلية تهيجًا بشكل رئيسي عندما يكون هناك تغيير التركيب الكيميائيالبيئة الداخلية للجسم (المستقبلات الكيميائية)، والضغط في الأنسجة والأعضاء (مستقبلات الضغط). تدرك مستقبلات الحس العميق التهيج (التوتر والتوتر) في العضلات والأوتار والأربطة واللفافة وكبسولات المفاصل. وفقًا لوظيفتها، هناك مستقبلات حرارية تدرك التغيرات في درجات الحرارة، ومستقبلات ميكانيكية تكتشف أنواعًا مختلفة من التأثيرات الميكانيكية (لمس الجلد والضغط عليه). تدرك مستقبلات الألم المنبهات المؤلمة.

تشكل الخلايا العصبية المقحمة (الترابطية والموصلة) ما يصل إلى 97٪ من الخلايا العصبية في الجهاز العصبي. عادة ما توجد هذه الخلايا العصبية داخل الجهاز العصبي المركزي (الدماغ والحبل الشوكي). يقومون بنقل النبضات الواردة من الخلية العصبية الحسية إلى الخلية العصبية المستجيبة.

تقوم الخلايا العصبية المؤثرة (المتدفقة أو الصادرة) بتوصيل النبضات العصبية من الدماغ إلى العضو العامل - العضلات والغدد والأعضاء الأخرى. توجد أجسام هذه الخلايا العصبية في الدماغ والحبل الشوكي، في العقد الودية أو السمبتاوية في المحيط.

الألياف العصبية هي عمليات الخلايا العصبية (التشعبات، المحاور) المغطاة بالأغشية. في هذه الحالة، تكون العملية في كل ألياف عصبية عبارة عن أسطوانة محورية، وتشكل الخلايا العصبية المحيطة (خلايا شوان)، المرتبطة بالخلايا الدبقية العصبية، غمد الألياف - الورم العصبي. مع الأخذ بعين الاعتبار بنية الأغشية، تنقسم الألياف العصبية إلى ألياف غير ميالينية (خالية من الميالين) ولبية (ميالينية).

توجد الألياف العصبية غير المايلينية بشكل رئيسي في الخلايا العصبية اللاإرادية. يبدو أن الأسطوانة المحورية تنحني غشاء البلازما (القشرة) للخلية العصبية التي تغلق فوقها. يسمى الغشاء المزدوج للخلية العصبية فوق الأسطوانة المحورية ميساكسون. تحت خلية شوان تبقى مساحة ضيقة (10-15 نانومتر) تحتوي على سائل الأنسجة المشارك في توصيل النبضات العصبية. تغلف خلية عصبية واحدة عدة محاور (ما يصل إلى 5-20) من الخلايا العصبية. يتكون غشاء عملية الخلايا العصبية من العديد من خلايا شوان، الموجودة بالتتابع واحدة تلو الأخرى.

الألياف العصبية المايلينية سميكة، ويبلغ سمكها ما يصل إلى 20 ميكرون. تتشكل هذه الألياف بواسطة محور خلية سميك إلى حد ما - الأسطوانة المحورية. يوجد حول المحور غلاف يتكون من طبقتين. تتشكل الطبقة الداخلية، المايلين، نتيجة اللف الحلزوني للخلية العصبية (خلية شوان) على الأسطوانة المحورية (محور عصبي) للخلية العصبية. يتم ضغط سيتوبلازم الخلية العصبية منه، على غرار ما يحدث عند لف الطرف المحيطي لأنبوب معجون الأسنان. وبالتالي، فإن المايلين عبارة عن طبقة مزدوجة ملتوية بشكل متكرر من غشاء البلازما (القشرة) للخلية العصبية. يقوم غمد المايلين السميك والكثيف، الغني بالدهون، بعزل الألياف العصبية ويمنع تسرب النبضات العصبية من المحور العصبي (غمد المحور العصبي). توجد خارج طبقة المايلين طبقة رقيقة تتكون من سيتوبلازم الخلايا العصبية نفسها. التشعبات لا تحتوي على غمد المايلين. تغلف كل خلية عصبية (خلية شوان) طول جزء صغير فقط من الأسطوانة المحورية. ولذلك، فإن طبقة المايلين ليست مستمرة، ولكنها متقطعة. كل 0.3-1.5 ملم يوجد ما يسمى بعقد الألياف العصبية (اعتراضات رانفييه)، حيث تكون طبقة المايلين غائبة. في هذه الأماكن، تقترب الخلايا العصبية المجاورة (خلايا شوان) من الأسطوانة المحورية مباشرة بنهاياتها. تسهل عقد رانفييه المرور السريع للنبضات العصبية على طول الألياف العصبية المايلينية. يتم تنفيذ النبضات العصبية على طول ألياف المايلين كما لو كانت في قفزات - من عقدة رانفييه إلى العقدة التالية.

سرعة النبضات العصبية على طول الألياف غير المايلينية هي 1-2 م/ث، ومن خلال الألياف اللبية (المايلينية) - 5-120 م/ث. ومع تحرك الخلية العصبية بعيدًا عن الجسم، تقل سرعة توصيل النبضات.

تتلامس الخلايا العصبية في الجهاز العصبي مع بعضها البعض وتشكل سلاسل تنتقل من خلالها النبضات العصبية. يحدث انتقال النبضات العصبية عند نقاط الاتصال بين الخلايا العصبية ويتم ضمانه من خلال وجود مناطق خاصة بين الخلايا العصبية - المشابك العصبية. يتم التمييز بين المشابك العصبية بين محور عصبي، محور عصبي، ومحاور عصبي. في المشابك العصبية المحورية، تتصل نهايات محور عصبي لخلية عصبية بجسم خلية عصبية أخرى. تتميز المشابك العصبية المحورية بالتلامس بين محور عصبي وتشعبات خلية عصبية أخرى، بينما تتميز المشابك العصبية المحورية بالاتصال بين محورين عصبيين من خلايا عصبية مختلفة. عند نقاط الاشتباك العصبي، يتم تحويل الإشارات الكهربائية (النبضات العصبية) إلى إشارات كيميائية والعكس صحيح. يتم نقل الإثارة باستخدام مواد نشطة بيولوجيًا - الناقلات العصبية، والتي تشمل النورإبينفرين والأسيتيل كولين وبعض الدوبامين والأدرينالين والسيروتونين وما إلى ذلك والأحماض الأمينية (الجليسين وحمض الجلوتاميك) وكذلك الببتيدات العصبية (إنكيفالين ونيوروتنسين وما إلى ذلك). ). وهي موجودة في حويصلات خاصة تقع في نهايات المحاور - الجزء قبل المشبكي. عندما يصل الدافع العصبي إلى الجزء قبل المشبكي، يتم إطلاق الناقلات العصبية في الشق التشابكي، وتتلامس مع المستقبلات الموجودة على الجسم أو عمليات الخلية العصبية الثانية (الجزء بعد المشبكي)، مما يؤدي إلى توليد إشارة كهربائية - الجزء بعد المشبكي. محتمل. يتناسب حجم الإشارة الكهربائية بشكل مباشر مع كمية الناقل العصبي. بعد توقف تحرير الناقل، تتم إزالة بقاياه من الشق التشابكي وتعود مستقبلات الغشاء بعد المشبكي إلى حالتها الأصلية. تشكل كل خلية عصبية عددًا كبيرًا من المشابك العصبية. من جميع إمكانات ما بعد المشبكية، يتم تشكيل إمكانات الخلايا العصبية، والتي تنتقل على طول محور عصبي في شكل دفعة عصبية.

يعمل الجهاز العصبي وفقًا لمبادئ الانعكاس. المنعكس هو استجابة الجسم لتأثير خارجي أو داخلي وينتشر على طول القوس المنعكس. الأقواس المنعكسة هي دوائر مكونة من الخلايا العصبية.

يشمل أبسط قوس منعكس الخلايا العصبية الحساسة والمؤثرة، والتي يتحرك من خلالها الدافع العصبي من مكان المنشأ (من المستقبل) إلى العضو العامل (المستجيب) (الشكل 4). يقع جسم الخلية العصبية الحسية الأولى (أحادية القطب الزائفة) في العقدة الشوكية أو في العقدة الحسية لعصب قحفي معين. يبدأ التشعب بمستقبل يستشعر التحفيز الخارجي أو الداخلي (ميكانيكي، كيميائي، إلخ) ويحوله إلى نبضة عصبية تصل إلى جسم الخلية العصبية. من جسم الخلية العصبية على طول المحور العصبي، يتم إرسال الدفع العصبي عبر الجذور الحسية للأعصاب الشوكية أو القحفية إلى الحبل الشوكي أو إلى الدماغ، حيث يشكل نقاط اشتباك عصبي مع أجسام الخلايا العصبية المستجيبة. في كل مشبك عصبي بين العصبونات، يحدث انتقال النبضات بمساعدة المواد النشطة بيولوجيا (الوسطاء). يترك محور العصبون المستجيب الحبل الشوكي كجزء من الجذور الأمامية للأعصاب الشوكية (الألياف العصبية الحركية أو الإفرازية) أو الأعصاب القحفية ويتم توجيهه إلى العضو العامل، مما يسبب تقلص العضلات وزيادة (تثبيط) إفراز الغدة.

تحتوي الأقواس المنعكسة الأكثر تعقيدًا على عصبون داخلي واحد أو أكثر. يقع جسم العصبون البيني في أقواس منعكسة ثلاثية الخلايا العصبية في المادة الرمادية للأعمدة الخلفية (القرون) للحبل الشوكي وهو على اتصال بمحور العصبون الحسي الذي يأتي كجزء من الجذور الخلفية (الحساسة) من الأعصاب الشوكية. يتم توجيه محاور العصبونات البينية إلى الأعمدة الأمامية (القرون)، حيث توجد أجسام الخلايا المستجيبة. يتم توجيه محاور الخلايا المستجيبة إلى العضلات والغدد، مما يؤثر على وظيفتها. يحتوي الجهاز العصبي على العديد من الأقواس المنعكسة متعددة الخلايا العصبية المعقدة، والتي تحتوي على العديد من العصبونات البينية الموجودة في المادة الرمادية للحبل الشوكي والدماغ.

تنقسم الخلايا العصبية في الجهاز العصبي إلى نوعين. هذه هي الخلايا الدبقية (أو الخلايا الدبقية الكبيرة) والخلايا الدبقية الصغيرة.

من بين الخلايا الدبقية، تتميز الخلايا البطانية العصبية والخلايا النجمية والخلايا الدبقية قليلة التغصن.

تشكل الخلايا البطانية العصبية طبقة كثيفة تبطن القناة المركزية للحبل الشوكي وجميع البطينات في الدماغ. ويشاركون في التعليم السائل النخاعيتؤدي عمليات النقل، في استقلاب الدماغ، وظائف داعمة ومحددة. هذه الخلايا لها شكل مكعب أو منشوري، فهي تقع في طبقة واحدة. سطحها مغطى بالميكروفيلي.

تشكل الخلايا النجمية الجهاز الداعم للجهاز العصبي المركزي. إنها خلايا صغيرة لها عمليات عديدة متباينة في كل الاتجاهات. هناك الخلايا النجمية الليفية والبروتوبلازمية. تحتوي الخلايا النجمية الليفية على 20-40 عملية طويلة ومتفرعة بشكل ضعيف وتسود في المادة البيضاء للجهاز العصبي المركزي. تقع العمليات بين الألياف العصبية. تصل بعض البراعم إلى الشعيرات الدموية. توجد الخلايا النجمية البروتوبلازمية في الغالب في المادة الرمادية للجهاز العصبي المركزي، ولها شكل نجمي، وتمتد العمليات العديدة القصيرة والمتفرعة للغاية من أجسامها في جميع الاتجاهات. تعمل عمليات الخلايا النجمية كدعم لعمليات الخلايا العصبية وتشكل شبكة في الخلايا التي تكمن فيها الخلايا العصبية. ترتبط عمليات الخلايا النجمية التي تصل إلى سطح الدماغ ببعضها البعض وتشكل غشاءًا سطحيًا متواصلًا محددًا عليه.

Oligodendrites هي المجموعة الأكثر عددًا من الخلايا العصبية. وهي تحيط بأجسام الخلايا العصبية في الجهاز العصبي المركزي والمحيطي وهي جزء من أغلفة الألياف العصبية والنهايات العصبية. الخلايا قليلة التغصن هي خلايا بيضاوية صغيرة يبلغ قطرها 6-8 ميكرون ولها نواة كبيرة. تحتوي الخلايا على عدد صغير من العمليات المخروطية الشكل وشبه المنحرفة. تشكل العمليات طبقة المايلين من الألياف العصبية. عمليات تشكيل المايلين تتصاعد على المحاور. على طول المحور العصبي، يتكون غمد المايلين من خلال عمليات العديد من الخلايا الدبقية قليلة التغصن، والتي تشكل كل منها قطعة واحدة. يوجد بين القطع اعتراض عقدي للألياف العصبية الخالية من المايلين (اعتراض رانفييه). تسمى الخلايا قليلة التغصن التي تشكل أغلفة الألياف العصبية للجهاز العصبي المحيطي بالخلايا العصبية (خلايا شوان).

تشكل الخلايا الدبقية الصغيرة حوالي 5% من الخلايا الدبقية العصبية في المادة البيضاء للدماغ و18% في المادة الرمادية. يتم تمثيل الخلايا الدبقية الصغيرة بواسطة خلايا صغيرة مستطيلة ذات زاوية أو ذو شكل غير منتظم، متناثرة في المادة البيضاء والرمادية (خلايا أورتيجا). تمتد العديد من العمليات من جسم كل خلية أشكال مختلفةتشبه الشجيرات التي تنتهي على الشعيرات الدموية. نواة الخلية لها شكل مستطيل أو مثلث. تتمتع الخلايا الدبقية الصغيرة بقدرة على الحركة والبلعمة. إنها تعمل كنوع من "المنظفات" التي تمتص جزيئات الخلايا الميتة.

خاتمة

ينقسم الجهاز العصبي بأكمله إلى مركزي ومحيطي. يشمل الجهاز العصبي المركزي الدماغ والحبل الشوكي. منها تشع الألياف العصبية في جميع أنحاء الجسم - الجهاز العصبي المحيطي. فهو يربط الدماغ بالحواس والأعضاء التنفيذية - العضلات والغدد.

جميع الكائنات الحية لديها القدرة على الاستجابة للتغيرات الفيزيائية والكيميائية في البيئة.

يتم تحويل المحفزات من البيئة الخارجية (الضوء، الصوت، الرائحة، اللمس، وما إلى ذلك) بواسطة خلايا حساسة خاصة (مستقبلات) إلى نبضات عصبية - سلسلة من التغيرات الكهربائية والكيميائية في الألياف العصبية. تنتقل النبضات العصبية عبر الألياف العصبية الحسية (الواردة) إلى الحبل الشوكي والدماغ. هنا، يتم إنشاء نبضات الأمر المناسبة، والتي تنتقل عبر الألياف العصبية الحركية (الصادرة) إلى الأعضاء التنفيذية (العضلات والغدد). وتسمى هذه الأجهزة التنفيذية المؤثرات.

الوظيفة الرئيسية للجهاز العصبي هي التكامل تأثير خارجيمع المقابلة رد فعل تكيفيجسم.

الوحدة الهيكلية للجهاز العصبي هي الخلية العصبية - العصبون. يتكون من جسم الخلية، ونواة، وعمليات متفرعة - التشعبات - التي تنتقل من خلالها النبضات العصبية إلى جسم الخلية - وعملية واحدة طويلة - محور عصبي - تنتقل عبرها النبضة العصبية من جسم الخلية إلى خلايا أو مؤثرات أخرى.

الجهاز العصبي المحيطي هو جزء متميز بشكل مشروط من الجهاز العصبي، وتقع هياكله خارج الدماغ والحبل الشوكي.

يتكون الجهاز العصبي من خلايا - الخلايا العصبيةوالتي تتمثل مهمتها في معالجة ونشر المعلومات. تتصل الخلايا العصبية ببعضها البعض من خلال الاتصالات - نقاط الاشتباك العصبي. تقوم إحدى الخلايا العصبية بنقل المعلومات إلى أخرى من خلال نقاط الاشتباك العصبي باستخدام ناقلات كيميائية - وسطاء. تنقسم الخلايا العصبية إلى نوعين: مثيرة ومثبطة. الجسم العصبي محاط بعمليات متفرعة بكثافة - التشعباتوالتي تم تصميمها لتلقي المعلومات. يسمى امتداد الخلية العصبية التي تنقل النبضات العصبية محور عصبي. يمكن أن يصل طوله عند البشر إلى متر واحد.

وينقسم الجهاز العصبي المحيطي إلى الجهاز العصبي اللاإرادي،مسؤول عن ثبات البيئة الداخلية للجسم و الجهاز العصبي الجسدي، تعصب (توريد الأعصاب) العضلات والجلد والأربطة.

يشمل الجهاز العصبي المحيطي (أو الجزء المحيطي من الجهاز العصبي) الأعصاب التي تمتد من الدماغ - الأعصاب القحفية ومن الحبل الشوكي - الأعصاب الشوكية، بالإضافة إلى الخلايا العصبية التي انتقلت خارج الجهاز العصبي المركزي. اعتمادًا على نوع الألياف العصبية التي يتم تضمينها في العصب في الغالب، يتم تقسيم الأعصاب إلى أعصاب حركية وحسية ومختلطة وأعصاب مستقلة (نباتية).

تظهر الأعصاب على سطح الدماغ على شكل جذور حركية أو حسية. وفي هذه الحالة تكون الجذور الحركية هي محاور الخلايا الحركية الموجودة في الحبل الشوكي والدماغ، وتصل إلى العضو المعصب دون انقطاع، والجذور الحسية هي محاور الخلايا العصبية للعقد الشوكية. على محيط العقد، تشكل الألياف الحسية والحركية عصبًا مختلطًا.

تنقسم جميع الأعصاب الطرفية، بناءً على خصائصها التشريحية، إلى أعصاب قحفية - 12 زوجًا، أعصاب شوكي - 31 زوجًا، أعصاب لاإرادية (لاإرادية).

تنشأ الأعصاب القحفية من الدماغ وتشمل:

من خلال العصب المحيطي، العقدة الشوكية والجذر الظهري، تدخل النبضات العصبية إلى الحبل الشوكي، أي الجهاز العصبي المركزي.

الألياف الصاعدةمن منطقة محدودة من الجسم تتجمع معًا وتتشكل الأعصاب الطرفية. الألياف بجميع أنواعها (الحساسية السطحية والعميقة، والألياف التي تعصب العضلات الهيكلية، والألياف التي تعصب الأعضاء الداخلية، الغدد العرقيةوالعضلات الملساء الوعائية) يتم دمجها في حزم محاطة بثلاثة أغشية من الأنسجة الضامة (بطانة الرحم، عجان، غلاف عصبي) وتشكل كابلًا عصبيًا.

بعد أن يدخل العصب المحيطي إلى القناة الشوكية من خلال الثقبة بين الفقرات، فإنه يتشعب إلى جذور العمود الفقري الأمامية والخلفية.

تخرج الجذور الأمامية من الحبل الشوكي، وتدخل الجذور الخلفية إليه. داخل الضفائر العصبيةتقع خارج القناة الشوكية، وتتشابك ألياف الأعصاب الطرفية بطريقة تنتهي في النهاية بالألياف من عصب منفصل واحد. مستويات مختلفةكجزء من الأعصاب الشوكية المختلفة.

يحتوي العصب المحيطي على ألياف من عدة قطاعات جذرية مختلفة.

أعصاب العمود الفقري 31 زوجًا موزعة على:

أعصاب عنق الرحم - 8 أزواج
الأعصاب الصدرية -12 زوجًا
الأعصاب القطنية - 5 أزواج
الأعصاب العجزية - 5 أزواج
العصب العصعصي - زوج واحد

كل عصب شوكي هو عصب مختلط ويتكون من اندماج جذرين ينتميان إليه: الجذر الحسي، أو الجذر الخلفي، والجذر الحركي، أو الجذر الأمامي. في الاتجاه المركزي، يتم توصيل كل جذر بالحبل الشوكي باستخدام خيوط جذرية. الجذور الظهرية أكثر سمكًا وتحتوي على العقدة الشوكية. الجذور الأمامية لا تحتوي على عقد. تقع معظم العقد الشوكية في الثقبة بين الفقرات.

ظاهريًا، تبدو العقدة الشوكية وكأنها سماكة للجذر الخلفي، وتقع بالقرب من المركز قليلاً من تقاطع الجذور الأمامية والخلفية. لا توجد نقاط اشتباك عصبي في العقدة الشوكية نفسها.

وفقا للاعتقاد السائد، فإن الخلايا العصبية لا تتجدد. ومع ذلك، هذا غير صحيح: الخلايا العصبية - خلايا الجهاز العصبي - لا يمكنها بالفعل الانقسام مثل خلايا الأنسجة الأخرى، ولكنها تنشأ وتتطور حتى في دماغ الشخص البالغ. بالإضافة إلى ذلك، الخلايا العصبية قادرة على استعادة العمليات والاتصالات المفقودة مع الخلايا الأخرى.

يتكون الجهاز العصبي البشري من جزء مركزي وجزء محيطي. المركزي يشمل الدماغ والحبل الشوكي. يحتوي الدماغ على أكبر مجموعة من الخلايا العصبية. تمتد العديد من العمليات من جسم كل منها، والتي تشكل اتصالات مع الخلايا العصبية المجاورة. يتكون الجزء المحيطي من العقد الشوكية والخضرية والجمجمية والأعصاب والنهايات العصبية التي تضمن توصيل النبضات العصبية إلى الأطراف والأعضاء والأنسجة الداخلية. في الحالة الصحية، يكون الجهاز العصبي آلية جيدة التنسيق، وإذا لم تقم إحدى الروابط في سلسلة معقدة بوظائفها، فإن الجسم كله يعاني. على سبيل المثال، يؤدي تلف الدماغ الشديد بعد السكتات الدماغية ومرض باركنسون ومرض الزهايمر إلى سرعة موت الخلايا العصبية. لعدة عقود، يحاول العلماء فهم ما إذا كان من الممكن تحفيز استعادة الخلايا العصبية المفقودة.

ومع ذلك فإنهم يتجددون

من المعروف اليوم أن الخلايا العصبية يمكن أن تنشأ في دماغ حيوان ثديي بالغ مما يسمى بالخلايا الجذعية العصبية. لقد ثبت حتى الآن أن هذا يحدث في ثلاث مناطق من الدماغ: التلفيف المسنن في الحصين، والمنطقة تحت البطينية (في الجدران الجانبية للبطينات الجانبية للدماغ) والقشرة المخيخية. تكون الخلايا العصبية أكثر نشاطًا في المخيخ. هذه المنطقة من الدماغ مسؤولة عن اكتساب وتخزين المعلومات حول المهارات الآلية اللاواعية - على سبيل المثال، عند تعلم رقصة، نتوقف تدريجيًا عن التفكير في الحركات ونؤديها تلقائيًا؛ يتم تخزين المعلومات حول هذه المعلمات بدقة في المخيخ. ربما يكون الشيء الأكثر إثارة للاهتمام بالنسبة للباحثين هو تكوين الخلايا العصبية في التلفيف المسنن. هذا هو المكان الذي تولد فيه عواطفنا، ويتم تخزين المعلومات المكانية ومعالجتها. ليس من الممكن حتى الآن فهم كيفية تأثير الخلايا العصبية المتكونة حديثًا على الذكريات المتكونة بالفعل والتفاعل مع الخلايا الناضجة في هذا الجزء من الدماغ.

متاهة للذاكرة

من أجل فهم كيفية تفاعل الخلايا العصبية الجديدة مع الخلايا القديمة، تتم دراسة عملية تعلم الحيوانات في متاهة موريس المائية بنشاط. أثناء التجربة، يتم وضع الحيوان في بركة قطرها 1.2-1.5 متر، وعمقها 60 سم، وتكون جدران البركة مختلفة، وفي مكان معين من البركة يتم إخفاء منصة على بعد بضعة ملليمترات تحت الماء. يسعى فأر المختبر المغمور في الماء إلى الشعور بسرعة بالأرض الصلبة تحت قدميه. أثناء السباحة في حوض السباحة، يتعلم الحيوان مكان المنصة ويجدها بشكل أسرع في المرة القادمة.

ومن خلال تدريب الفئران في متاهة موريس المائية، كان من الممكن إثبات أن تكوين الذاكرة المكانية يؤدي إلى موت أصغر الخلايا العصبية، ولكنه يدعم بشكل فعال بقاء الخلايا التي تكونت قبل أسبوع تقريبًا من التجربة، أي أثناء في عملية تكوين الذاكرة، يتم تنظيم حجم الخلايا العصبية الجديدة. وفي الوقت نفسه، فإن ظهور خلايا عصبية جديدة يجعل من الممكن تكوين ذكريات جديدة. وإلا فلن يتمكن الحيوان والإنسان من التكيف مع الظروف البيئية المتغيرة.

لقد لوحظ أن مواجهة الأشياء المألوفة تنشط مجموعات مختلفة من الخلايا العصبية الحصينية. ومن الواضح أن كل مجموعة من هذه الخلايا العصبية تحمل ذكرى لحدث أو مكان معين. علاوة على ذلك، فإن العيش في بيئة متنوعة يحفز تكوين الخلايا العصبية في الحصين: فالفئران التي تعيش في أقفاص بها ألعاب ومتاهات لديها عدد أكبر من الخلايا العصبية المتكونة حديثًا في الحصين مقارنة بأقاربها من الأقفاص الفارغة القياسية.

من الجدير بالذكر أن تكوين الخلايا العصبية يحدث بنشاط فقط في مناطق الدماغ المسؤولة بشكل مباشر عن البقاء الجسدي: التوجه بالرائحة، والتوجه في الفضاء، وتكوين الذاكرة الحركية. يتم تعلم التفكير المجرد بنشاط في سن مبكرة، عندما لا يزال الدماغ ينمو ويؤثر تكوين الخلايا العصبية على جميع المناطق. ولكن بعد الوصول إلى مرحلة النضج، تتطور الوظائف العقلية بسبب إعادة هيكلة الاتصالات بين الخلايا العصبية، ولكن ليس بسبب ظهور خلايا جديدة.

على الرغم من المحاولات العديدة غير الناجحة، يستمر البحث عن بؤر تكوين الخلايا العصبية غير المعروفة سابقًا في الدماغ البالغ. يعتبر هذا الاتجاه ذا صلة ليس فقط بالعلوم الأساسية، ولكن أيضًا بالأبحاث التطبيقية. ترتبط العديد من أمراض الجهاز العصبي المركزي بفقدان مجموعة معينة من الخلايا العصبية في الدماغ. إذا كان من الممكن زراعة بديل لهم، فسيتم هزيمة مرض باركنسون، والعديد من مظاهر مرض الزهايمر، والعواقب السلبية للصرع أو السكتة الدماغية.

بقع الدماغ

هناك طريقة أخرى مثيرة للاهتمام اعتمدها علماء الأعصاب في أبحاثهم وهي زرع الخلايا الجذعية الجنينية في دماغ حيوان بالغ لاستعادة الوظائف المفقودة. في حين أن مثل هذه التجارب تؤدي إلى رفض الأنسجة أو الخلايا المدخلة بسبب الاستجابة المناعية القوية، ولكن إذا تجذرت الخلايا الجذعية في بعض الحالات، فإنها تتطور إلى خلايا دبقية (أنسجة مصاحبة)، وليس إلى خلايا عصبية. حتى لو كان من الممكن في المستقبل تنشيط تكوين الخلايا العصبية في أي منطقة من الدماغ، فمن غير الواضح كيف ستشكل الخلايا العصبية المتكونة حديثًا اتصالات داخل شبكة قائمة بالفعل من الخلايا العصبية وما إذا كانت ستتمكن من القيام بذلك على الإطلاق. إذا كان الحصين جاهزًا لمثل هذه العملية، فإن ظهور خلايا عصبية جديدة في مناطق أخرى من الدماغ يمكن أن يعطل الشبكات التي تم إنشاؤها على مر السنين؛ وبدلا من المنفعة المتوقعة، ربما لن يحدث سوى الضرر. ومع ذلك، يواصل العلماء دراسة إمكانيات تكوين الخلايا العصبية في أجزاء أخرى من الدماغ.

إلى جانب المواد الاصطناعية، تتم أيضًا دراسة خصائص الجزيئات الداخلية التي يمكن أن تعزز تكوين الخلايا العصبية. تستحق العوامل الغذائية العصبية التي ينتجها جسم الحيوان أكبر قدر من الاهتمام هنا. هذه هي عامل نمو الأعصاب (NGF)، وعامل التغذية العصبية المشتق من الدماغ (BDNF)، والبروتينات العصبية 1، و-3، و-4.

تنتمي عوامل التغذية العصبية إلى مجموعة البروتينات التي تدعم نمو الخلايا العصبية وتطورها وبقائها. إذا قمت بتوصيل عامل التغذية العصبية إلى المنطقة المتضررة من الدماغ، فيمكنك إبطاء موت الخلايا العصبية بشكل كبير ودعم نشاطها الحيوي. على الرغم من أن عوامل التغذية العصبية غير قادرة على تنشيط تكوين خلايا عصبية جديدة في الدماغ، إلا أنها تتمتع بخاصية فريدة تتمثل في تنشيط استعادة عمليات الخلايا العصبية (المحاور) بعد تعرضها للتلف أو الفقدان. يصل طول بعض المحاور إلى متر، وهي المحاور التي تقوم بتوصيل النبضات العصبية من الدماغ إلى أطرافنا وأعضائنا الداخلية وأنسجتنا. تتعطل سلامة هذه المسارات بسبب كسور العمود الفقري ونزوح العمود الفقري. التجديد المحوري هو الأمل في استعادة القدرة على تحريك الذراعين والساقين في مثل هذه الحالات.

براعم ويطلق النار

العائق الرئيسي أمام تجديد محور عصبي هو تكوين أنسجة ندبية، والتي تعزل الأضرار التي لحقت بالحبل الشوكي أو الأعصاب الطرفية عن الخلايا المحيطة. ويعتقد أن مثل هذه الندبة تنقذ المناطق المجاورة من اختراق السموم المحتمل من المنطقة المتضررة. ونتيجة لذلك، لا يمكن للمحاور اختراق الندبة. لقد ثبت أن أساس النسيج الندبي هو بروتين الجليكان (كبريتات الكوندرويتين).

أظهرت الأبحاث التي أجريت عام 1998 في مختبر البروفيسور ديفيد موير في معهد الدماغ بجامعة فلوريدا أنه من الممكن تدمير بروتين الجليكان باستخدام الإنزيم البكتيري شوندرويتيناز ABC. ولكن حتى عند إزالة العائق الميكانيكي، يظل نمو المحور العصبي بطيئًا. والحقيقة هي أنه في موقع الضرر هناك مواد تتداخل مع التجديد، مثل MAG، OMgp، Nogo. إذا قمت بحظرهم، يمكنك تحقيق زيادة كبيرة في التجديد.

وأخيرا، الحفاظ على مستويات عالية من العوامل العصبية أمر مهم لنمو محور عصبي ناجح. على الرغم من أن للبروتينات العصبية تأثير إيجابي على تجديد الجهاز العصبي، إلا أن التجارب السريرية كشفت عن آثار جانبية كبيرة، مثل فقدان الوزن، وفقدان الشهية، والغثيان، والمشاكل النفسية. لتعزيز عملية التجدد، يمكن حقن الخلايا الجذعية في موقع الإصابة، ولكن هناك أدلة على أن زرع الخلايا الجذعية في النخاع الشوكي يمكن أن يؤدي إلى ظهور الأورام.

حتى لو نما المحور العصبي وأصبح قادرًا على توصيل النبضات العصبية، فهذا لا يعني أن الأطراف ستبدأ في العمل بشكل طبيعي. ولكي يحدث هذا، يجب أن يكون هناك العديد من الاتصالات (المشابك العصبية) بين محاور الخلايا العصبية والألياف العضلية، التي تحرك جسم الإنسان. تستغرق استعادة جهات الاتصال هذه وقتًا طويلاً. بالطبع، يمكن تسريع الانتعاش إذا قمت بإجراء تمارين بدنية خاصة، ولكن في غضون بضعة أشهر أو حتى سنوات، من المستحيل إعادة إنشاء صورة الاتصالات العصبية التي تم تشكيلها على مدى عقود، من اليوم الأول لولادة الإنسان. حياة. لا يمكن حساب عدد هذه الاتصالات، وربما يكون مماثلا لعدد النجوم في الكون.

ولكن هناك أيضًا نقطة إيجابية - ففي السنوات الأخيرة تمكنا من المضي قدمًا، والآن أصبح من الواضح على الأقل ما هي الطرق التي يمكننا من خلالها محاولة تسريع عملية تجديد الأعصاب.

أخبار الشريك