به این توجه کنید: شما یک جسم داغ را لمس می‌کنید و بلافاصله آن را رها می‌کنید یا دست خود را از منبع گرما دور می‌کنید. این کار را آنقدر سریع انجام می‌دهید که حتی به آن فکر هم نمی‌کنید. چگونه این اتفاق می‌افتد؟ سیستم عصبی شما همه چیز را هماهنگ می‌کند. سیستم عصبی (Nervous system)، جسم داغ را حس کرده و به عضلات شما علامت می‌دهد که آن را رها کنند. سیستم عصبی شما، که شامل مغز، نخاع، اعصاب محیطی (Peripheral nerves) و اعصاب خودکار (Autonomic nerves) است، تمام حرکات، افکار و احساساتی را که دارید هماهنگ می‌کند. در این مقاله، ساختار و عملکردهای سیستم عصبی شما، نحوه ارتباط سلول‌های عصبی با یکدیگر و با بافت‌های مختلف و اینکه وقتی اعصاب آسیب می‌بینند یا بیمار می‌شوند چه مشکلاتی ممکن است رخ دهد را بررسی خواهیم کرد.
سیستم عصبی:
- محیط بیرونی و درونی شما را حس می‌کند.
- اطلاعات را بین مغز و نخاع و سایر بافت‌ها منتقل می‌کند.
- حرکات ارادی را هماهنگ می‌کند.
- عملکردهای غیرارادی مانند تنفس، ضربان قلب، فشار خون و دمای بدن را هماهنگ و تنظیم می‌کند.
مغز، مرکز سیستم عصبی است، مانند ریزپردازنده در یک رایانه. نخاع و اعصاب، اتصالات هستند، مانند دروازه‌ها (گیت‌ها) و سیم‌ها در رایانه. اعصاب، سیگنال‌های الکتروشیمیایی را به و از نواحی مختلف سیستم عصبی و همچنین بین سیستم عصبی و سایر بافت‌ها و اندام‌ها حمل می‌کنند. اعصاب به چهار دسته تقسیم می‌شوند:
- اعصاب جمجمه‌ای (Cranial nerves)، اندام‌های حسی (چشم‌ها، گوش‌ها، بینی، دهان) را به مغز شما متصل می‌کنند.
- اعصاب مرکزی (Central nerves)، نواحی درون مغز و نخاع را به هم متصل می‌کنند.
- اعصاب محیطی (Peripheral nerves)، نخاع را به اندام‌های شما متصل می‌کنند.
- اعصاب خودکار (Autonomic nerves)، مغز و نخاع را به اندام‌های شما (قلب، معده، روده، عروق خونی و غیره) متصل می‌کنند.
دستگاه عصبی مرکزی شامل مغز و نخاع، به همراه اعصاب جمجمه‌ای و اعصاب مرکزی است. دستگاه عصبی محیطی شامل اعصاب محیطی است و دستگاه عصبی خودکار از اعصاب خودکار تشکیل شده است. بازتاب‌های سریع، مانند برداشتن سریع دست از روی یک منبع حرارتی، شامل اعصاب محیطی و نخاع می‌شوند. فرایندهای فکری و تنظیم خودکار اندام‌های شما شامل بخش‌های مختلف مغز بوده و از طریق نخاع و اعصاب محیطی/خودکار به عضلات و اندام‌ها منتقل می‌شوند.
نخاع و نورون‌ها
سیستم عصبی:
- محیط بیرونی و درونی شما را حس می‌کند.
- اطلاعات را بین مغز و نخاع و سایر بافت‌ها منتقل می‌کند.
- حرکات ارادی را هماهنگ می‌کند.
- عملکردهای غیرارادی مانند تنفس، ضربان قلب، فشار خون و دمای بدن را هماهنگ و تنظیم می‌کند.
مغز، مرکز سیستم عصبی است، مانند ریزپردازنده در یک رایانه. نخاع و اعصاب، اتصالات هستند، مانند دروازه‌ها (گیت‌ها) و سیم‌ها در رایانه. اعصاب، سیگنال‌های الکتروشیمیایی را به و از نواحی مختلف سیستم عصبی و همچنین بین سیستم عصبی و سایر بافت‌ها و اندام‌ها حمل می‌کنند. اعصاب به چهار دسته تقسیم می‌شوند:
- اعصاب جمجمه‌ای (Cranial nerves)، اندام‌های حسی (چشم‌ها، گوش‌ها، بینی، دهان) را به مغز شما متصل می‌کنند.
- اعصاب مرکزی (Central nerves)، نواحی درون مغز و نخاع را به هم متصل می‌کنند.
- اعصاب محیطی (Peripheral nerves)، نخاع را به اندام‌های شما متصل می‌کنند.
- اعصاب خودکار (Autonomic nerves)، مغز و نخاع را به اندام‌های شما (قلب، معده، روده، عروق خونی و غیره) متصل می‌کنند.
دستگاه عصبی مرکزی شامل مغز و نخاع، به همراه اعصاب جمجمه‌ای و اعصاب مرکزی است. دستگاه عصبی محیطی شامل اعصاب محیطی است و دستگاه عصبی خودکار از اعصاب خودکار تشکیل شده است. بازتاب‌های سریع، مانند برداشتن سریع دست از روی یک منبع حرارتی، شامل اعصاب محیطی و نخاع می‌شوند. فرایندهای فکری و تنظیم خودکار اندام‌های شما شامل بخش‌های مختلف مغز بوده و از طریق نخاع و اعصاب محیطی/خودکار به عضلات و اندام‌ها منتقل می‌شوند.
سلول‌های عصبی
مغز، نخاع و اعصاب از بیش از 100 میلیارد سلول عصبی به نام نورون (Neurons) تشکیل شده‌اند. نورون‌ها سیگنال‌های الکتروشیمیایی را جمع‌آوری و منتقل می‌کنند. آنها دارای ویژگی‌ها و بخش‌های مشابهی با سایر سلول‌ها هستند، اما جنبه الکتروشیمیایی به آنها اجازه می‌دهد تا سیگنال‌ها را در فواصل طولانی (تا چند فوت یا چند متر) منتقل کرده و پیام‌ها را به یکدیگر منتقل کنند.
نورون‌ها دارای سه بخش اصلی هستند:
- جسم سلولی (Cell body): این قسمت اصلی دارای تمام اجزای لازم سلول، مانند هسته (که حاوی DNA است)، شبکه آندوپلاسمی (Endoplasmic reticulum) و ریبوزوم‌ها (Ribosomes) (برای ساخت پروتئین‌ها) و میتوکندری (Mitochondria) (برای تولید انرژی) است. اگر بدنه سلولی بمیرد، نورون نیز می‌میرد. اجسام سلولی در خوشه‌هایی به نام گانگلیون (ganglia) جمع می‌شوند که در قسمت‌های مختلف مغز و نخاع قرار دارند.
- آکسون‌ها (Axons): این برآمدگی‌های بلند، نازک و کابل‌مانند سلول، پیام‌های الکتروشیمیایی (تکانه‌های عصبی (Nerve impulses) یا پتانسیل عمل (Action potentials)) را در طول سلول حمل می‌کنند. بسته به نوع نورون، آکسون‌ها می‌توانند با یک لایه نازک از میلین (Myelin)، مانند یک سیم برق عایق‌بندی‌شده، پوشانده شوند. میلین از چربی ساخته شده است و به سرعت بخشیدن به انتقال یک تکانه عصبی در یک آکسون طولانی کمک می‌کند. نورون‌های میلین‌دار معمولاً در اعصاب محیطی (نورون‌های حسی و حرکتی) یافت می‌شوند، در حالی که نورون‌های بدون میلین در داخل مغز و نخاع یافت می‌شوند.
- دندریت‌ها (Dendrites) یا پایانه‌های عصبی (Nerve endings): این برآمدگی‌های کوچک و شاخه‌مانند سلول، اتصالاتی را با سلول‌های دیگر برقرار می‌کنند و به نورون اجازه می‌دهند تا با سلول‌های دیگر صحبت کنند یا محیط را درک کنند. دندریت‌ها می‌توانند در یک یا هر دو انتهای سلول قرار گیرند.
نورون‌ها در اندازه‌های مختلفی وجود دارند. به عنوان مثال، یک نورون حسی منفرد در نوک انگشت شما دارای یک آکسون است که به طول بازوی شما امتداد دارد، در حالی که نورون‌های درون مغز ممکن است فقط چند میلی‌متر امتداد داشته باشند. نورون‌ها بسته به کاری که انجام می‌دهند، اشکال متفاوتی دارند. نورون‌های حرکتی (Motor neurons) که انقباضات عضلانی را کنترل می‌کنند، دارای یک بدنه سلولی در یک انتها، یک آکسون بلند در وسط و دندریت‌ها در انتهای دیگر هستند. نورون‌های حسی (Sensory neurons) دارای دندریت‌ها در هر دو انتها هستند که توسط یک آکسون بلند با یک جسم سلولی در وسط به هم متصل شده‌اند.
نورون‌ها از نظر عملکرد نیز متفاوت هستند:
- نورون‌های حسی (Sensory neurons) سیگنال‌ها را از قسمت‌های بیرونی بدن شما (محیط) به سیستم عصبی مرکزی حمل می‌کنند.
- نورون‌های حرکتی (Motor neurons) سیگنال‌ها را از سیستم عصبی مرکزی به قسمت‌های بیرونی بدن شما (عضلات، پوست، غدد) حمل می‌کنند.
- گیرنده‌ها (Receptors) محیط را حس می‌کنند (مواد شیمیایی، نور، صدا، لمس) و این اطلاعات را به پیام‌های الکتروشیمیایی رمزگذاری می‌کنند که توسط نورون‌های حسی منتقل می‌شوند.
- نورون‌های رابط (Interneurons) نورون‌های مختلف را در داخل مغز و نخاع به هم متصل می‌کنند.
در اعصاب محیطی و خودمختار، آکسون‌ها بر اساس اینکه از کجا می‌آیند و به کجا می‌روند، به صورت گروه‌هایی دسته‌بندی می‌شوند. این دسته‌ها توسط غشاهای مختلف (فاسیکول‌ها (Fasciculi)) پوشیده شده‌اند. رگ‌های خونی کوچک از میان اعصاب عبور می‌کنند تا بافت‌های عصبی را با اکسیژن تأمین کرده و مواد زائد را از بین ببرند. بیشتر اعصاب محیطی در نزدیکی شریان‌های اصلی در عمق اندام‌ها و نزدیک به استخوان‌ها حرکت می‌کنند.
مسیرهای عصبی و پتانسیل عمل
مسیرهای عصبی
ساده‌ترین نوع مسیر عصبی، یک مسیر انعکاسی تک‌سیناپسی (با یک اتصال واحد) است (monosynaptic (single connection) reflex pathway)، مانند رفلکس زانو. وقتی پزشک با چکش لاستیکی به نقطه خاصی روی زانوی شما ضربه می‌زند، گیرنده‌ها از طریق یک نورون حسی سیگنالی را به نخاع می‌فرستند. نورون حسی پیام را به یک نورون حرکتی که عضلات پای شما را کنترل می‌کند، منتقل می‌کند. تکانه‌های عصبی در امتداد نورون حرکتی حرکت کرده و عضله مناسب پا را برای انقباض تحریک می‌کنند. تکانه‌های عصبی همچنین به عضله مخالف پا رفته تا از انقباض آن جلوگیری کنند و باعث شل شدن آن شوند (این مسیر شامل نورون‌های رابط است). پاسخ، یک تکان عضلانی سریع است که مغز شما در آن دخیل نیست. انسان‌ها رفلکس‌های از پیش تعیین‌شده (hardwired) زیادی از این دست دارند، اما با پیچیده‌تر شدن وظایف، “مدار” مسیر پیچیده‌تر می‌شود و مغز درگیر می‌شود.
پتانسیل عمل (Action potentials)
ما در مورد سیگنال‌های عصبی صحبت کرده‌ایم و اشاره کرده‌ایم که ماهیت الکتروشیمیایی دارند، اما این به چه معناست؟
برای درک اینکه نورون‌ها چگونه سیگنال‌ها را منتقل می‌کنند، ابتدا باید به ساختار غشای سلولی (Cell membrane) نگاه کنیم. غشای سلولی از چربی‌ها یا لیپیدهایی به نام فسفولیپیدها (Phospholipids) ساخته شده است. هر فسفولیپید دارای یک سر با بار الکتریکی است که نزدیک آب می‌ماند و دو دُم قطبی که از آب دوری می‌کنند. فسفولیپیدها خود را در یک ساندویچ لیپیدی دولایه مرتب می‌کنند، به طوری که سرهای قطبی به سمت آب و دم‌های قطبی نزدیک به هم قرار می‌گیرند. در این پیکربندی، آنها یک مانع ایجاد می‌کنند که داخل سلول را از بیرون جدا می‌کند و اجازه نمی‌دهد ذرات محلول در آب یا ذرات باردار (مانند یون‌ها) از آن عبور کنند.
پس چگونه ذرات باردار وارد سلول‌ها می‌شوند؟ در ادامه متوجه خواهیم شد.
کانال‌های یونی
از آنجا که یون‌ها، باردار و محلول در آب هستند، باید از طریق تونل‌ها یا کانال‌های کوچک (پروتئین‌های تخصصی) که در عرض لایه دوتایی چربی غشای سلولی قرار دارند، حرکت کنند. هر کانال فقط برای یک نوع یون خاص است. کانال‌های خاصی برای یون‌های سدیم، یون‌های پتاسیم، یون‌های کلسیم و یون‌های کلرید وجود دارد. این کانال‌ها غشای سلول را نسبت به یون‌های مختلف و سایر مواد (مانند گلوکز)، نفوذپذیر انتخابی (Selectively permeable) می‌کنند. نفوذپذیری انتخابی غشای سلول به داخل سلول اجازه می‌دهد تا ترکیبی متفاوت از بیرون داشته باشد.
برای اهداف سیگنال‌های عصبی، ما به ویژگی‌های زیر علاقه‌مند هستیم:
- مایع خارج سلولی سرشار از سدیم است، به‌طوری که غلظت آن حدود ۱۰ برابر بیشتر از مایع داخل سلولی است.
- مایع داخل سلولی سرشار از پتاسیم است، به‌طوری که غلظت آن حدود ۲۰ برابر بیشتر از غلظت پتاسیم در خارج سلول است.
- مولکول‌های پروتئینی بزرگ و دارای بار منفی در داخل سلول وجود دارند که به دلیل بزرگی‌شان نمی‌توانند از غشا عبور کنند. این پروتئین‌ها به داخل سلول نسبت به محیط بیرون، بار الکتریکی منفی می‌دهند. این بار، حدود ۷۰ تا ۸۰ میلی‌ولت (mV) است – هر میلی‌ولت معادل 1۰۰۰/1 ولت است. برای مقایسه، ولتاژ برق خانگی حدود ۱۲۰ ولت، یعنی حدود ۱٫۲ میلیون برابر بیشتر است.
- غشای سلول تا حدودی نسبت به یون‌های سدیم و پتاسیم “نشتی” دارد، بنابراین یک پمپ سدیم-پتاسیم در غشا قرار گرفته است. این پمپ با استفاده از انرژی (ATP) یون‌های سدیم را از داخل سلول به خارج و یون‌های پتاسیم را از خارج به داخل پمپ می‌کند.
- از آنجا که یون‌های سدیم و پتاسیم دارای بار مثبت هستند، هنگام عبور از غشا، جریان‌های الکتریکی بسیار کوچکی را حمل می‌کنند. اگر تعداد کافی از این یون‌ها از غشا عبور کنند، می‌توان این جریان‌های الکتریکی را اندازه‌گیری کرد.
رشد و بازسازی عصب
هنگامی که اعصاب رشد می‌کنند، ماده‌ای به نام فاکتور رشد عصبی (Nerve Growth Factor; NGF) ترشح می‌کنند. NGF اعصاب مجاور را جذب می‌کند تا رشد کرده و ارتباط برقرار کنند. هنگامی که عصب‌های محیطی قطع می‌شوند، جراحان می‌توانند دو سر بریده‌شده عصب را به هم نزدیک کرده و در کنار هم نگه دارند. انتهای عصب آسیب‌دیده، رشد آکسون‌ها را درون عصب تحریک کرده و ارتباطات مناسب را برقرار می‌سازد. دانشمندان هنوز این فرآیند را به‌طور کامل درک نکرده‌اند.
به دلایل نامشخص، بازسازی عصب بیشتر در سیستم عصبی محیطی و خودکار دیده می‌شود، اما به نظر می‌رسد در سیستم عصبی مرکزی محدود باشد. با این حال، به نظر می‌رسد که مقداری بازسازی در سیستم عصبی مرکزی نیز امکان‌پذیر است، زیرا برخی از آسیب‌های نخاعی و آسیب‌های ترومایی سر، درجاتی از بهبودی را نشان می‌دهند.
سیگنال‌های عصبی
سیگنال عصبی، یا پتانسیل عمل، یک حرکت هماهنگ از یون‌های سدیم و پتاسیم در سراسر غشای سلول عصبی است. در اینجا نحوه عملکرد آن توضیح داده شده است:
۱. همانطور که قبلاً بحث شد، داخل سلول دارای اندکی بار منفی است (پتانسیل استراحت غشاء بین 70- تا 80- میلی‌ولت).
۲. یک اختلال (مکانیکی، الکتریکی، یا گاهی شیمیایی) باعث باز شدن تعدادی از کانال‌های سدیم در بخش کوچکی از غشاء می‌شود.
۳. یون‌های سدیم از طریق کانال‌های سدیم باز، وارد سلول می‌شوند. بار مثبت آنها باعث می‌شود داخل سلول، کمی کمتر منفی شود (سلول دپلاریزه (Depolarize) می‌شود).
۴. هنگامی که دپلاریزاسیون به یک مقدار آستانه معین می‌رسد، کانال‌های سدیم بیشتری در آن ناحیه باز می‌شوند. سدیم بیشتری وارد می‌شود و یک پتانسیل عمل را تحریک می‌کند. ورود یون‌های سدیم پتانسیل غشاء را در آن ناحیه معکوس می‌کند (داخل را مثبت و خارج را منفی می‌کند – پتانسیل الکتریکی به حدود 40+ میلی‌ولت در داخل می‌رسد).
۵. هنگامی که پتانسیل الکتریکی به 40+ میلی‌ولت در داخل می‌رسد (حدود 1 میلی‌ثانیه بعد)، کانال‌های سدیم بسته می‌شوند و اجازه ورود یون‌های سدیم بیشتری را نمی‌دهند (غیرفعال شدن سدیم).
۶. پتانسیل غشای مثبت در حال رشد، باعث باز شدن کانال‌های پتاسیم می‌شود.
۷. یون‌های پتاسیم از طریق کانال‌های پتاسیم باز از سلول خارج می‌شوند. حرکت رو به بیرون یون‌های پتاسیم مثبت باعث می‌شود داخل غشاء منفی‌تر شود و غشاء را به سمت پتانسیل استراحت غشاء بازمی‌گرداند (سلول ریپلاریزه (Repolarize) می‌شود).
۸. هنگامی که پتانسیل غشاء به مقدار استراحت بازمی‌گردد، کانال‌های پتاسیم بسته می‌شوند و یون‌های پتاسیم دیگر نمی‌توانند از سلول خارج شوند.
۹. پتانسیل غشاء کمی از پتانسیل استراحت فراتر می‌رود، که توسط پمپ سدیم-پتاسیم اصلاح می‌شود. این پمپ، تعادل طبیعی یونی را در سراسر غشاء بازیابی می‌کند و پتانسیل غشاء را به سطح استراحت خود بازمی‌گرداند.
۱۰. اکنون، این توالی از رویدادها در یک ناحیه محلی از غشاء رخ می‌دهد. اما این تغییرات به ناحیه بعدی غشاء منتقل می‌شوند، سپس به ناحیه بعدی، و به همین ترتیب در طول کل آکسون منتقل می‌شود. بنابراین، پتانسیل عمل (ایمپالس یا تکانه عصبی یا سیگنال عصبی) در طول سلول عصبی منتقل (تکثیر) می‌شود.
چند نکته در مورد انتشار پتانسیل عمل وجود دارد:
هنگامی که یک ناحیه دپلاریزه و ریپلاریزه شده است و پتانسیل عمل به ناحیه بعدی منتقل شده است، یک دوره زمانی کوتاه وجود دارد قبل از اینکه آن ناحیه اول بتواند دوباره دپلاریزه شود (دوره تحریک‌ناپذیری (Refractory period)). این دوره تحریک‌ناپذیری از حرکت رو به عقب پتانسیل عمل جلوگیری می‌کند و همه چیز را در یک جهت حرکت می‌دهد.
- پتانسیل عمل یک پاسخ “همه یا هیچ” است. هنگامی که غشاء به آستانه می‌رسد، تا 40+ میلی‌ولت دپلاریزه می‌شود. به عبارت دیگر، هنگامی که رویدادهای یونی به حرکت در می‌آیند، تا انتها ادامه می‌یابند.
- این رویدادهای یونی در بسیاری از سلول‌های تحریک‌پذیر علاوه بر نورون‌ها (مانند سلول‌های ماهیچه‌ای) رخ می‌دهند. پتانسیل‌های عمل به سرعت منتشر می‌شوند. نورون‌های معمولی با سرعت 10 تا 100 متر در ثانیه هدایت می‌کنند. سرعت هدایت با تغییر قطر آکسون (بزرگتر = سریعتر) و وجود میلین (میلین‌دار = سریعتر) متفاوت می‌شود. هدایت سریع عصبی در سراسر مدارهای عصبی به شما امکان می‌دهد در کسری از ثانیه به محرک‌ها پاسخ دهید.
- کانال‌ها را می‌توان مسموم کرد و از باز شدن آنها جلوگیری کرد. سموم مختلف (سم ماهی بادکنکی، سم مار، سم عقرب) می‌توانند از باز شدن کانال‌های خاص جلوگیری کنند و پتانسیل عمل را مخدوش کنند یا از وقوع آن به طور کلی جلوگیری کنند. به طور مشابه، بسیاری از بی‌حس‌کننده‌های موضعی (به عنوان مثال، لیدوکائین (Lidocaine)، نووکائین (Novocaine)، بنزوکائین (Benzocaine)) می‌توانند از انتشار پتانسیل‌های عمل در سلول‌های عصبی در یک ناحیه جلوگیری کنند و به طور موقت از احساس درد جلوگیری کنند.
- انتشار پتانسیل عمل نیز در محیط‌های آزمایشگاهی به دما حساس است. دماهای سردتر سرعت پتانسیل عمل را کاهش می‌دهند، اما این معمولاً در یک فرد رخ نمی‌دهد. با این حال، می‌توانید از تکنیک‌های بلوک سرد برای بی‌حس کردن موقت یک ناحیه استفاده کنید (مانند قرار دادن یخ روی انگشت آسیب‌دیده).
بنابراین، اگر اندازه پتانسیل عمل تغییر نکند، چگونه یک پتانسیل عمل اطلاعات را کدگذاری می‌کند؟ اطلاعات با فرکانس پتانسیل‌های عمل کدگذاری می‌شود، درست مانند رادیو FM. یک محرک کوچک یک زنجیره فرکانس پایین از چند پتانسیل عمل را آغاز می‌کند. با افزایش شدت محرک، فرکانس پتانسیل‌های عمل نیز افزایش می‌یابد.
در ادامه، یاد خواهیم گرفت که چگونه اعصاب با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند.
انتقال سیناپسی
مانند سیم‌ها در سیستم برق خانه‌تان، سلول‌های عصبی نیز با یکدیگر در مدارهایی به نام مسیرهای عصبی (Neural pathways) ارتباط برقرار می‌کنند. برخلاف سیم‌های خانه‌تان، سلول‌های عصبی با هم تماس ندارند، بلکه در محل‌هایی به نام سیناپس (Synapses) به هم نزدیک می‌شوند. در سیناپس، دو سلول عصبی توسط یک شکاف کوچک، یا شکاف سیناپسی (Synaptic cleft)، از هم جدا می‌شوند. نورون ارسال‌کننده، سلول پیش‌سیناپسی (Presynaptic) و نورون دریافت‌کننده، سلول پس‌سیناپسی (Postsynaptic) نامیده می‌شود. سلول‌های عصبی پیام‌های شیمیایی را با استفاده از انتقال‌دهنده‌های عصبی (نوروترانسمیترها (Neurotransmitters)) به صورت یک‌طرفه از طریق سیناپس از سلول پیش‌سیناپسی به سلول پس‌سیناپسی ارسال می‌کنند.
بیایید این فرایند را در نورونی که از انتقال‌دهنده عصبی سروتونین (Serotonin) استفاده می‌کند، بررسی کنیم:
۱. سلول پیش‌سیناپسی (سلول ارسال‌کننده) سروتونین (۵-هیدروکسی‌تریپتامین، HT) را از اسید آمینه تریپتوفان (amino acid tryptophan) می‌سازد و آن را در وزیکول‌ها (Vesicles) در انتهای خود بسته‌بندی می‌کند.
۲. یک پتانسیل عمل (پیام عصبی) از طریق سلول پیش‌سیناپسی به انتهای آن منتقل می‌شود.
۳. سروتونین از شکاف سیناپسی عبور می‌کند، به پروتئین‌های ویژه‌ای به نام گیرنده‌ها (Receptors) روی غشای سلول پس‌سیناپسی (سلول دریافت‌کننده) متصل می‌شود و در سلول پس‌سیناپسی یک دپلاریزاسیون (Depolarization) ایجاد می‌کند. اگر دپلاریزاسیون‌ها به سطح آستانه برسند، یک پتانسیل عمل جدید در آن سلول منتشر خواهد شد. برخی از انتقال‌دهنده‌های عصبی باعث می‌شوند سلول پس‌سیناپسی هیپرپلاریزه (Hyperpolarize) شود (پتانسیل غشا منفی‌تر می‌شود، که تشکیل پتانسیل‌های عمل را در سلول پس‌سیناپسی مهار می‌کند). اتصال سروتونین به گیرنده‌اش مانند اتصال کلید به قفل است.
۴. مولکول‌های سروتونین باقی‌مانده در شکاف و مولکول‌هایی که پس از استفاده توسط گیرنده‌ها آزاد می‌شوند، توسط آنزیم‌های موجود در شکاف (مونوآمین اکسیداز (MAO)، کاتکول-O-متیل ترانسفراز (COMT)) تخریب می‌شوند. برخی از آنها توسط انتقال‌دهنده‌های خاص روی سلول پیش‌سیناپسی جذب می‌شوند (Reuptake). در سلول پیش‌سیناپسی، MAO و COMT مولکول‌های سروتونین جذب‌شده را تخریب می‌کنند. این امر باعث می‌شود سیگنال عصبی “خاموش” شود و سیناپس برای دریافت یک پتانسیل عمل دیگر آماده شود.
۵. انواع مختلفی از انتقال‌دهنده‌های عصبی علاوه بر سروتونین وجود دارد، از جمله استیل‌کولین (Acetylcholine)، نوراپی‌نفرین (Norepinephrine)، دوپامین (Dopamine) و گاما-آمینوبوتیریک اسید (GABA). هر نورون معین فقط یک نوع انتقال‌دهنده عصبی تولید می‌کند. هر سلول عصبی ممکن است سیناپس‌هایی از نورون‌های پیش‌سیناپسی تحریک‌کننده و از نورون‌های پیش‌سیناپسی مهارکننده داشته باشد. به این ترتیب، سیستم عصبی می‌تواند سلول‌های مختلف (و مسیرهای عصبی متعاقب آن) را “روشن” و “خاموش” کند. در نهایت، سلول‌های عصبی روی سلول‌های عملگر (ماهیچه‌ها، غدد و غیره) سیناپس می‌کنند تا پاسخ‌ها را برانگیزند یا مهار کنند. در ادامه، با انواع مختلف نورون‌های حسی آشنا خواهیم شد.
مغز دوم؟
فعالیت عصبی یک مرحله مهم در هماهنگی هضم است. دکتر مایکل گرشون (Michael Gershon)، متخصص نوروبیولوژی از دانشگاه کلمبیا، در مورد لایه‌ای از 100 میلیارد سلول عصبی در معده نوشته است. این “مغز دوم” هضم را هماهنگ می‌کند، با سیستم ایمنی برای محافظت از شما در برابر باکتری‌های مضر در روده همکاری می‌کند، از انتقال‌دهنده عصبی سروتونین استفاده می‌کند و ممکن است در سندرم روده تحریک‌پذیر و احساسات اضطراب (مانند پروانه‌ها در شکم شما) نقش داشته باشد] منبع: [Psychology Today
نورون های حسی
سیستم عصبی انواع مختلفی از نورون‌های حسی را دارد. انتهای عصبی در یک انتهای هر نورون در یک ساختار ویژه محصور شده است تا یک محرک خاص را حس کند.
• گیرنده‌های شیمیایی (Chemoreceptors) مواد شیمیایی را حس می‌کنند. پیاز بویایی که حس بویایی شما را کنترل می‌کند، دارای گیرنده‌های شیمیایی است که بوها (مواد شیمیایی موجود در هوا) را حس می‌کنند. جوانه‌های چشایی دارای گیرنده‌های شیمیایی برای تشخیص مواد شیمیایی حل شده در مایعات هستند. گیرنده‌های شیمیایی در مغز نیز غلظت دی اکسید کربن در خون و مایع مغزی نخاعی را برای کمک به کنترل میزان تنفس شما کنترل می‌کنند.
• گیرنده‌های مکانیکی (Mechanoreceptors) لمس، فشار و تغییر شکل (کشیدگی) را حس می‌کنند. گیرنده‌های کششی در تاندون‌های عضلات شما اولین پیوند در رفلکس یا واکنش زانو هستند.
• گیرنده‌های نوری (Photoreceptors)، که نور را حس می‌کنند، در شبکیه چشم شما یافت می‌شوند.
• گیرنده‌های حرارتی (Thermoreceptors) انتهای عصبی آزاد هستند که دما را حس می‌کنند، اما ما دقیقاً مطمئن نیستیم که چگونه این کار را انجام می‌دهند. تغییرات دما می‌تواند بر حرکات یون‌ها در سراسر غشای سلولی تأثیر بگذارد و به این ترتیب بر پتانسیل‌های عمل تأثیر بگذارد.
• گیرنده‌های درد (Nociceptors) انتهای عصبی آزاد هستند که درد را حس می‌کنند. آنها به انواع محرک‌ها (گرما، فشار، مواد شیمیایی) پاسخ می‌دهند و آسیب بافتی را حس می‌کنند.
• گیرنده‌های شنوایی (Auditory receptors) در گوش داخلی ارتعاشات ناشی از امواج صوتی را حس می‌کنند.
به طور معمول، یک محرک باعث تغییرات یونی در دندریت‌های (Dendrites) نورون گیرنده می‌شود، که منجر به تشکیل پتانسیل‌های عمل در نورون‌های گیرنده می‌شود. این پتانسیل‌های عمل در طول نورون حسی حرکت می‌کنند، که به یک نورون حرکتی (و احتمالاً یک نورون صعودی) در نخاع متصل می‌شود. پتانسیل عمل باعث آزاد شدن انتقال‌دهنده عصبی در داخل سلول پیش‌سیناپسی می‌شود. انتقال‌دهنده عصبی به سلول پس‌سیناپسی متصل می‌شود و یک پتانسیل عمل را در آنجا ایجاد می‌کند. پتانسیل عمل طول سلول پس‌سیناپسی را به سیناپس دیگری روی سلول عملگر (مانند یک سلول ماهیچه‌ای، پوست، رگ خونی، غده) طی می‌کند، جایی که انتقال‌دهنده عصبی آن باعث ایجاد پاسخ در سلول عملگر می‌شود (مانند انقباض عضلانی). متناوباً، سلول پس‌سیناپسی ممکن است نورون دیگری باشد که سیگنال را به نورون دیگری در مغز یا نخاع منتقل می‌کند.
وقتی اعصاب آسیب می‌بینند یا بیمار می‌شوند چه اتفاقی می‌افتد؟ در ادامه خواهیم فهمید.
تست سرعت هدایت عصبی
یک پزشک ممکن است اعصاب شما را با آزمایش اینکه چگونه لمس، درد یا موقعیت را هنگام دستکاری اندام حس می‌کنید، ارزیابی کند. این اطلاعات می‌تواند به او بگوید که یک اتصال کارا وجود دارد. در برخی موارد، او ممکن است یک تست سرعت هدایت عصبی را برای ارزیابی اینکه عصب چگونه یک تکانه را به خوبی هدایت می‌کند، انجام دهد. در این آزمایش، دو الکترود کوچک به فاصله ثابتی از یکدیگر روی سطح پوست بالای عصب قرار می‌گیرند. یک الکترود عصب زیرین را به صورت الکتریکی تحریک می‌کند در حالی که دیگری فعالیت الکتریکی مربوطه را در عصب ثبت می‌کند. این ثبت نشان می‌دهد که چقدر طول می‌کشد تا عصب تکانه الکتریکی را در سراسر این فاصله هدایت کند. با تقسیم فاصله بر زمان، پزشک (یا دستگاه) سرعت هدایت را محاسبه می‌کند. این آزمایش اغلب زمانی انجام می‌شود که به انسداد هدایت یا بیماری میلین‌زدا (مانند اسکلروز چندگانه) مشکوک شوند.
اختلالات عصبی
فعالیت عصبی می‌تواند تحت تأثیر سموم، ضربه و بیماری قرار گیرد.
- مواد سمی (Toxic substances) در کانال‌های سدیم یا پتاسیم اختلال ایجاد می‌کنند، که عملکرد آنها زیربنای پتانسیل عمل است. این مواد سمی شامل زهرها، فلزات سنگین (مانند جیوه و سرب) و داروهای بی‌حسی می‌شوند.
- ضربه (Trauma) زمانی رخ می‌دهد که اندام‌ها یا مهره‌ها دچار شکستگی شوند و اعصاب نزدیک به آنها له، فشرده یا حتی قطع شوند. این می‌تواند منجر به درد، بی‌حسی، از دست دادن کامل حس یا از دست دادن حرکت شود. میزان آسیب و بهبودی بستگی به شدت و محل آسیب دارد.
- فشار روی عصب (pinched nerve) یک مشکل رایج است که در آن استخوان، مفصل یا عضله یک عصب را فشرده می‌کند و هدایت آن را مختل می‌کند، که منجر به درد و بی‌حسی می‌شود. این اغلب بین مهره‌ها در ستون فقرات رخ می‌دهد، جایی که تورم دیسک‌ها می‌تواند اعصاب را هنگام خروج فشرده کند.
- مثال رایج دیگر، سندرم تونل کارپال (Carpal tunnel syndrome) است، که در آن حرکات مکرر مچ دست (مانند تایپ کردن با کامپیوتر) باعث تورم در تونل استخوانی (استخوان‌های کارپال (Carpal bones)) می‌شود که اعصاب رادیال (Radial) و اولنار (Ulnar) از طریق آن از مچ دست وارد انگشتان می‌شوند. سیاتیک (Sciatica) یک مشکل عصبی مشابه است که در آن یک دیسک آسیب‌دیده ستون فقرات، عصب سیاتیک را به سمت پا فشرده می‌کند و باعث درد و بی‌حسی می‌شود.
- برخی از بیماری‌ها به طور مستقیم بر عملکرد عصب تأثیر می‌گذارند. به عنوان مثال، اسکلروز چندگانه (multiple sclerosis (MS)) زمانی رخ می‌دهد که میلین اطراف اعصاب تخریب می‌شود، که بر هدایت عصبی تأثیر می‌گذارد. MS ممکن است ناشی از یک پاسخ خودایمنی باشد، که در آن سیستم ایمنی خود بیمار به اعصاب میلین‌دار حمله می‌کند. میاستنی گراویس (Myasthenia gravis (MG)) بیماری است که در آن انتقال سیناپسی بین سلول‌های عصبی و سلول‌های عضلانی مختل می‌شود.
اعصاب شما باید برای تنظیم محیط داخلی، پاسخ به محیط خارجی، تفکر و یادگیری، تکانه‌ها را به درستی هدایت کنند. هنگامی که اعصاب مختل می‌شوند، بسیاری از عملکردهای بدن یا کیفیت زندگی می‌توانند تحت تأثیر قرار گیرند.
رو اعصاب رفتن!
زبان انگلیسی پر از اصطلاحات مربوط به اعصاب است. “عجب رویی داری! (You’ve got a lot of nerve!)” “اون رو اعصابمه. (He gets on my nerves.)” “تو فقط یه کم استرس داری. (You just have a case of nerves.)( این جمله معمولاً برای بیان این موضوع به کار می‌رود که احساسات منفی فرد ناشی از اضطراب یا فشار روانی است و لزوماً به یک مشکل جدی اشاره نمی‌کند – مترجم)” این گفته‌ها از معانی جایگزین برای این کلمه ناشی می‌شوند. بر اساس فرهنگ لغت ریشه‌شناسی آنلاین، عصب (nerve) تعاریف زیر را دارد:
- جرأت یا boldness (۱۶۰۱)
- شجاعت یا courage (۱۸۰۹)
- عصبی بودن یا nervousness (۱۸۳۹)
- وقاحت یا impudence (۱۸۸۷)
