
هر حیوانی که به ذهنتان میرسد – پستانداران، پرندگان، خزندگان، ماهیان، دوزیستان – مغز دارد. اما مغز انسان منحصر به فرد است. اگرچه بزرگترین نیست، ولی به ما قدرت صحبت کردن، تصور کردن و حل کردن مسائل را میدهد. مغز ما واقعاً یک اندام شگفتانگیز است.
مغز وظایف شگفتانگیزی را انجام میدهد که از جمله آنها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
• کنترل دمای بدن، فشار خون، ضربان قلب و تنفس.
• پذیرش سیلابی از اطلاعات دربارهی دنیای اطراف شما از جانب حواس مختلفتان (مانند دیدن، شنیدن، بویایی، چشایی و لمس).
• مدیریت حرکات بدنی شما هنگام راه رفتن، صحبت کردن، ایستادن یا نشستن.
• این امکان را برایتان فراهم میکند که فکر کنید، خواب ببینید، استدلال کنید و احساسات را تجربه کنید.
تمام این وظایف توسط اندامی که به اندازه یک گل کلم کوچک است، هماهنگ، کنترل و تنظیم میشود.
مغز شما، نخاع و اعصاب محیطی یک سیستم پردازش و کنترل اطلاعات پیچیده و یکپارچه به نام سیستم عصبی مرکزی (Central Cervous System) شما را تشکیل میدهند. اینها بهطور همزمان همه جنبههای آگاهانه و ناآگاهانه زندگیتان را تنظیم میکنند. مطالعه علمی مغز و سیستم عصبی به نام علوم اعصاب (Neuroscience) یا نوروبیولوژی (Neurobiology) شناخته میشود. به دلیل وسعت این حوزه و پیچیدگی مغز و سیستم عصبی، این مقاله با اصول اولیه شروع خواهد شد و به شما مروری بر این اندام پیچیده ارائه میدهد.
ما ساختارهای مغز را بررسی کرده و توضیح خواهیم داد که هر بخش چگونه عملکردهای روزمره ما را کنترل میکند، از جمله کنترل حرکتی، پردازش بینایی، پردازش شنوایی، حس، یادگیری، حافظه و احساسات.
ساختار نورون

مغز شما از حدود ۱۰۰ میلیارد سلول عصبی به نام نورون (Neurons) تشکیل شده است. نورونها توانایی شگفتانگیزی در جمعآوری و انتقال سیگنالهای الکتروشیمیایی- مشابه با دروازهها و سیمها در یک کامپیوتر– دارند.
نورونها ویژگیها و ساختار مشابهی با دیگر سلولها دارند، اما جنبه الکتروشیمیایی به آنها این امکان را میدهد که سیگنالها را در مسافتهای طولانی (تا چند فوت یا چند متر) منتقل کنند و به یکدیگر پیام ارسال کنند.
نورونها دارای سه بخش اصلی هستند:
- جسم سلولی (Cell body) یا تن سلول (Soma). این بخش اصلی شامل تمامی اجزای ضروری سلول است، مانند هسته (که حاوی DNA است)، شبکه اندوپلاسمی (بخش داخلی سیتوپلاسم سلول – مترجم) و ریبوزومها (Ribosomes) (برای ساخت پروتئینها) و میتوکندریها (Mitochondria) (برای تولید انرژی). اگر جسم سلولی بمیرد، نورون نیز میمیرد.
- آکسون (Axon). این زائده بلند و شبیه به کابلِ هر سلول عصبی، پیام الکتروشیمیایی (تحریک عصبی یا پتانسیل عمل) را در طول سلول انتقال میدهد. بسته به نوع نورون، آکسونها میتوانند مانند یک سیم برق عایق شده با یک لایه نازک از پوشش میلین (Myelin Sheath) پوشیده شوند. میلین از چربی و پروتئین ساخته شده است و به سرعتِ انتقال تحریک عصبی در طول یک آکسون بلند کمک میکند. نورونهای دارای میلین معمولاً در اعصاب پیرامونی (نورونهای حسی و حرکتی) یافت میشوند، در حالی که نورونهای بدون میلین در مغز و نخاع وجود دارند.
- دندریتها (Dendrites) یا انتهای عصبی (Nerve Endings). این زوائد کوچک و شاخهدار سلول، به اتصال به سایر سلولها کمک کرده و اجازه میدهند که نورون با دیگر سلولها ارتباط برقرار کند یا محیط اطراف را درک کند. دندریتها میتوانند در یکی یا هر دو انتهای یک سلول قرار داشته باشند.
انواع اصلی نورون

نورونها در اندازههای مختلفی وجود دارند. به عنوان مثال، یک نورون حسی واحد، از نوک انگشت شما دارای آکسونی است که به طول بازوی شما امتداد مییابد، در حالی که نورونهای درون مغز ممکن است تنها چند میلیمتر طول داشته باشند.
آنها همچنین بسته به عملکردشان شکلهای مختلفی دارند. نورونهای حرکتی (Motor Neurons) که انقباضات عضلانی را کنترل میکنند، یک جسم سلولی در یک انتها و یک آکسون بلند در وسط و دندریتها را در انتهای دیگر دارند. نورونهای حسی (Sensory Neurons) دندریتهایی در هر دو انتها دارند که با یک آکسون بلند به جسم سلولی در وسط متصل میشوند. اینترنورونها (Interneurons)، یا نورونهای ارتباطی (Associative Neurons)، اطلاعات را بین نورونهای حرکتی و حسی منتقل میکنند.
این اعضای بنیادی سیستم عصبی همچنین از نظر عملکردشان متفاوت هستند.
- نورونهای حسی سیگنالها را از بخشهای خارجی بدن شما (محیط) به سیستم عصبی مرکزی منتقل میکنند.
- نورونهای حرکتی (Motoneurons) سیگنالها را از سیستم عصبی مرکزی به بخشهای خارجی (عضلات، پوست، غدد) بدن شما منتقل میکنند.
- اینترنورونها نورونهای مختلف را در داخل مغز و نخاع متصل میکنند.
سادهترین نوع مسیر عصبی، مسیر واکنش مونسیناپتیک (Monosynaptic Reflex Pathway) (تکاتصالی) است: مانند رفلکس زانو. هنگامی که پزشک با چکش لاستیکی نقطه مناسب بر روی زانوی شما را میزند، گیرندهها سیگنالی به داخل نخاع از طریق یک نورون حسی ارسال میکنند. نورون حسی پیام را به یک نورون حرکتی که عضلات پای شما را کنترل میکند، منتقل میکند. ضربههای عصبی در امتداد نورون حرکتی حرکت کرده و عضلههای مناسب پا را برای انقباض تحریک میکنند. این پاسخ یک لرزش عضلانی است که به سرعت رخ میدهد و نیازی به دخالت مغز ندارد. انسانها دارای بسیاری از رفلکسهای سرخود و ذاتی مانند این هستند، اما با پیچیدهتر شدن وظایف، مدارهای مسیر پیچیدهتر شده و مغز نیز درگیر میشود.
قطعات مغز

سادهترین موجودات ممکن دارای سیستمهای عصبی بسیار ابتدایی باشند که تنها از مسیرهای واکنشی (مانند مثال زانو) تشکیل شدهاند. به عنوان مثال، کرمهای پهن و بیمهرگان فاقد مغزهای متمرکز هستند. آنها دارای مجموعهای آزاد از نورونها هستند که در مسیرهای واکنشی ساده سازماندهی شدهاند. کرمهای پهن دارای شبکههای عصبی (Neural Nets) هستند که شامل نورونهای جداگانهای است که به هم متصل شده و یک شبکه را در همه بدن جانور تشکیل میدهند.
بیشتر بیمهرگان (مانند خرچنگ) دارای “مغزهای” پیشپا افتادهای هستند که شامل مجموعههای محلی از سلولهای عصبی به نام گانگلیونها (Ganglia) میباشند. هر گانگلیون کنترل عملکردهای حسی و حرکتی را در بخش خود از طریق مسیرهای واکنشی انجام میدهد و گانگلیونها به هم متصل هستند تا یک سیستم عصبی ساده را تشکیل دهند. با تکامل سیستمهای عصبی، زنجیرههای گانگلیونها تبدیل به مغزهای سادهتر و متمرکز شدند.
مغزها از گانگلیونهای بیمهرگان تکامل یافتهاند. بدون در نظر گرفتن نوع حیوان، مغزها شامل بخشهای زیر هستند:
- ساقه یا مرکز مغز که شامل مدولا (Medulla) (بخشی بزرگشده از نخاع فوقانی)، پونس (Pons) و میدبرین (Midbrain) میباشد (حیوانات پایینتر فقط دارای مدولا هستند). مرکز مغز واکنشها و عملکردهای خودکار (ضربان قلب، فشار خون)، حرکات اندامها و عملکردهای احشایی (هضم، ادرار) را کنترل میکند.
- مخچه (Cerebellum) اطلاعاتی را از سیستم دهلیزی یا احساس تعادل (Vestibular System) که نشاندهنده موقعیت و حرکت است، یکپارچه میکند و از این دادهها برای هماهنگی حرکات اندامها استفاده میکند.
- هیپوتالاموس (Hypothalamus) و غده هیپوفیز (Pituitary Gland) مسئول عملکردهای احشایی، دمای بدن و واکنشهای رفتاری مانند تغذیه، نوشیدن، واکنش جنسی، پرخاشگری و لذت هستند.
- مخ (Cerebrum)(که به آن قشر مغز (Cerebral Cortex) یا صرفا قشر (Cortex) میگویند) شامل قشر، دستههای بزرگ فیبر (Corpus Callosum) و برخی ساختارهای عمیقتر (گنگلیونهای اساسی، آمیدال (Amygdala) و هیپوکامپ (Hippocampus)) است. این مناطق اطلاعات را از تمام اندامهای حسی یکپارچه میکنند، عملکردهای حرکتی را آغاز میکنند، احساسات را کنترل میکنند و حافظه و فرآیندهای تفکر را نگهداری میکنند (ابراز عواطف و تفکر در پستانداران بالاتر بیشتر مشهود است).
مغز برای غریزه

حیوانات سطح پایینتر، مانند ماهیها، دوزیستان، خزندگان و پرندگان، زیاد فکر نمیکنند و در عوض بیشتر به کارهای روزمرهای مانند جمعآوری غذا، خوردن، نوشیدن، خوابیدن، تولید مثل و دفاع از خود مشغول هستند.
این فرآیندها غریزی هستند (منبع: National Geographic). بنابراین، مغز آنها به گونهای سازماندهی شده است که عمدتاً بر مراکز اصلی کنترلکننده این عملکردها تمرکز دارد.
ما انسانها نیز این عملکردها را انجام میدهیم و به همین دلیل مغز “خزندهسان” نیز داریم که در ما وجود دارد. این بدان معناست که ما همان قسمتهای مغزی را داریم که در خزندگان یافت میشود، به ویژه ساقه مغز و مخچه.
مغزهای سطح پایین

یک مغز سطح پایین ابتدایی شامل نخاع (Spinal Cord)، ساقه مغز (Brain Stem) و دیانسفالون (Diencephalon) (قشر و مخچه نیز حضور دارند، اما در بخشهای بعدی مورد بحث قرار خواهند گرفت). به نوبه خود، ساقه مغز شامل مدولا، پونس، میدبرین، هیپوتالاموس و تالاموس است (منبع: Health Pages).
در هر یک از این ساختارها، مراکزی از گروههای سلولی عصبی به نام هستهها (Nuclei) وجود دارند که به عملکردهای خاصی (تنفس، تنظیم ضربان قلب، خواب) اختصاص داده شدهاند:
- مدولا (Medulla) – مدولا شامل هستههایی است که فشار خون و تنفس را تنظیم میکنند و همچنین هستههایی برای انتقال اطلاعات از اندامهای حسی که از عصبهای جمجمهای میآیند، وجود دارد. این بخش همچنین قدیمیترین قسمت مغز به شمار میآید.
- پونس (Pons) – پونس شامل هستههایی است که اطلاعات حرکتی و موقعیتی را از مخچه به قشر مغز انتقال میدهند. همچنین هستههایی که در تنفس، چشایی و خواب نقش دارند، در آن قرار دارند و بهطور فیزیکی مدولا را به میدبرین متصل میکند.
- میدبرین (Midbrain) – میدبرین شامل هستههایی است که بخشهای مختلف مغز را که در عملکردهای حرکتی (مخچه، گانگلیونهای پایه و قشر مغز)، حرکات چشم و کنترل شنوایی دخالت دارند، متصل میکند. یکی از قسمتها به نام ماده سیاه (Substantia Nigra)، در حرکات ارادی دخیل است؛ هنگامی که عملکرد آن مختل میشود، حرکات لرزشی بیماری پارکینسون رخ میدهد.
- تالاموس (Thalamus) – تالاموس مسیرهای حسی ورودی را به نواحی مناسب قشر مغز منتقل میکند و تعیین میکند که کدام اطلاعات حسی واقعاً به شناخت (consciousness) میرسند و در تبادل اطلاعات حرکتی بین مخچه، گانگلیونهای پایه و قشر مغز شرکت میکند.
- هیپوتالاموس (Hypothalamus) – هیپوتالاموس شامل هستههایی است که ترشحات هورمونی از غده هیپوفیز را کنترل میکنند. این مرکزها تولید مثل جنسی، خوردن، نوشیدن، رشد و رفتارهای مادری مانند شیردهی (تولید شیر در پستانداران) را تنظیم میکنند. هیپوتالاموس همچنین تقریباً در تمام جنبههای رفتار، از جمله “ساعت بیولوژیکی” شما که به چرخه نور و تاریکی روزانه (ریتمهای روزانه (circadian rhythms)) مرتبط است، دخالت دارد.
طناب نخاعی
طناب نخاعی را می توان به عنوان یک موجود مجزا از مغز یا صرفاً به عنوان یک افزونه رو به پایین ساقه مغز در نظر گرفت. این قسمت شامل مسیرهای حسی و حرکتی از بدن و همچنین مسیرهای صعودی و نزولی از مغز است. دارای مسیرهای واکنشی (reflex pathways) است که مستقل از مغز واکنش نشان میدهد، مانند واکنش حرکتی زانو.
عمل متعادلسازی
مخچه به عنوان “مغز کوچک” نیز شناخته میشود زیرا به چندین لوب پیچیده شده، بالای پونس و در پشت آن قرار دارد. به عنوان دومین ناحیه بزرگ مغز، این بخش ورودیهای حسی را از نخاع، ورودیهای حرکتی را از قشر مغز و گانگلیونهای پایه و همچنین اطلاعات مربوط به موقعیت را از سیستم دهلیزی (vestibular system) دریافت میکند.
این “مغز کوچک” سپس این اطلاعات را یکپارچه کرده و بر روی مسیرهای حرکتی خروجی از مغز تأثیر میگذارد تا حرکات را هماهنگ کند. برای نشان دادن این موضوع، به جلو دست خود را دراز کنید و به نقطهای در مقابل خود، مانند مانیتور کامپیوتر، تماس برقرار کنید – دست شما یک حرکت نرم و پیوسته انجام میدهد. اگر مخچه شما آسیب ببیند، همان حرکت به صورت بسیار ناپیوسته و تکهتکه خواهد بود، زیرا قشر مغز یک سری انقباضات کوچکی را برای نزدیک شدن به نقطه هدف آغاز میکند. مخچه همچنین ممکن است در زبان (انقباضات ظریف عضلات لبها و حنجره) و همچنین دیگر عملکردهای شناختی دخالت داشته باشد.
سیستم دهلیزی
سیستم دهلیزی مسئول حفظ وضعیت، تعادل و جهتیابی فضایی است. بخشی از این سیستم در گوش داخلی قرار دارد. این سیستم همچنین شامل عصب حلزونی دهلیزی (Vestibulocochlear) (عصب جمجمهای هشتم) و برخی از قسمتهای مغز است که اطلاعات دریافتی از این عصب را تفسیر میکند.
مغزهای سطح بالاتر

قشر مخ (cortex) بزرگترین قسمت از مغز انسان است. این بخش شامل تمام مراکزی است که اطلاعات حسی را دریافت و تفسیر میکنند، حرکت را آغاز میکنند، اطلاعات را تجزیه و تحلیل میکنند، استدلال میکنند و احساسات را تجربه میکنند. مراکز این وظایف در نقاط مختلفی از قشر مغز قرار دارند که لایه بیرونی مخچه است و متشکل از ماده خاکستری (Gray Matter) میباشد. قسمت درونی آن از ماده سفید (White Matter) تشکیل شده است.
بخشهای اصلی قشر مغز
قشر مغز سطح خارجی مغز را اشغال کرده است. مساحت سطح مغز حدود ۲۳۳ تا ۴۶۵ اینچ مربع (۱۵۰۰ تا ۲۰۰۰ سانتیمتر مربع) است، که تقریباً به اندازه یک یا دو صفحه از روزنامه است. برای قرار دادن این مساحت سطحی درون جمجمه، قشر مغز چین خورده و چینهایی (ژیرس (Gyri)) و فرورفتگیهایی (سالک (Sulci)) را شکل میدهد. چندین سالک بزرگ قشر مغز را به لوبهای مختلف تقسیم میکنند: لخته یا لوب جلویی (Frontal Lobe)، لخته پاریتال (Parietal Lobe)، لخته بینایی (Occipital Lobe) و لخته تمپورال (Temporal Lobe). هر لخته یا لوب عملکرد متفاوتی دارد.

زمانی که از بالای مغز به آن نگاه کنید، یک شیار بزرگ (شکاف بیندو نیمکره) مغز را به دو نیمه چپ و راست تقسیم میکند. این نیمهها از طریق یک دسته از فیبرهای ماده سفید به نام جسم بیحس (Corpus Callosum) با یکدیگر مکالمه (ارتباط برقرار) میکنند. همچنین، لختههای تمپورال راست و چپ از طریق یک دسته دیگر از فیبرها نزدیک به عقب مغز به نام بند جلویی (Anterior Commissure) با یکدیگر ارتباط برقرار میکنند.
اگر به نمای برشخورده مغز (در شکل) نگاه کنید، میبینید که ناحیه قشری بالای جسم بیحس با یک شیار تقسیم شده است. این شیار، شیار پینهای (Cingulate Sulcus) نامیده میشود. ناحیه بین آن شیار و جسم بیحس به نام جسم پینهای (Cingulate Gyrus) شناخته میشود که همچنین به عنوان سیستم لمبیک (Limbic System) یا لخته لمبیک (Limbic Lobe) نیز معروف است. در عمق مغز، گانگلیونهای پایه، آمیگدال و هیپوکامپ قرار دارند.
این پایان سفر ما از ساختارهای اصلی قشر مغز است. حال بیایید ببینیم این ساختارها چه وظایفی دارند.
سختافزار سیمکشی شده (Hard-wired)

مغز سختافزاری با اتصالاتی مرتبط است، مشابه با نحوهای که یک آسمانخراش یا هواپیما با سیمکشیهای الکتریکی خود مرتبط است. در مورد مغز، این اتصالات توسط نورونها ایجاد میشوند که ورودیهای حسی و خروجیهای حرکتی را به مراکز مختلف در لوبها یا لختههای قشری مغز مرتبط میکنند. همچنین ارتباطاتی بین این مراکز قشری و سایر قسمتهای مغز وجود دارد.
چندین ناحیه از قشر مغز عملکردهای ویژهای دارند:
لخته پاریتال — لخته پاریتال تمامی ورودیهای حسیجسمی (Somatosensory) (لمس، درد) را دریافت و پردازش میکند.
- فیبرها یا رشتههایی از طناب نخاعی به وسیله تالاموس به قسمتهای مختلف لخته پاریتال توزیع میشوند.
- این اتصالات نقشهای از سطح بدن را در لخته پاریتال تشکیل میدهند که به آن همونکولوس (Homunculus) گفته میشود.
- پشت لخته پاریتال (کنار لخته تمپورال) بخش مهمی به نام ناحیه ورنیکه (Wernicke’s Area) وجود دارد که برای درک اطلاعات حسی (شنیداری و بصری) مرتبط با زبان مهم است. آسیب به این ناحیه مغز باعث میشود که بیماران نتوانند زبان را درک کنند اما قادر به تولید صداها باشند که به آن آفازی حسی (Sensory Aphasia) گفته میشود.
لخته جلویی -– لخته جلویی در مهارتهای حرکتی (شامل گفتار) و عملکردهای شناختی نقش دارد.
- مرکز حرکتی مغز (شکنج پیشمرکزی (Pre-Central Gyrus)) در پشت لخته جلویی، درست در جلوی لخته پاریتال قرار دارد. این ناحیه اتصالاتی از قسمت حسیجسمی در لخته پاریتال دریافت کرده و عملکردهای حرکتی را پردازش و آغاز میکند. مانند همونکولوس در لخته پاریتال، شکنج پیشمرکزی نیز یک نقشه حرکتی از مغز دارد (برای جزئیات بیشتر، به A Science Odyssey: You Try It: Probe the Brain Activity مراجعه کنید).
- یک ناحیه در سمت چپ لخته جلویی به نام ناحیه بروکا (Broca’s Area) تلکم را با کنترل عضلاتی که صدا تولید میکنند (دهان، لبها و حنجره) پردازش میکند. آسیب به این ناحیه منجر به آفازی حرکتی (motor aphasia) میشود که در آن بیماران میتوانند زبان را درک کنند اما قادر به تولید صداهای معنیدار یا مناسب نیستند.
- سایر نواحی لخته جلویی فرآیندهای وابسته (اندیشه، یادگیری، حافظه) را انجام میدهند.
لخته بینایی — لخته بینایی اطلاعات بینایی را بهطور مستقیم از چشمها دریافت و پردازش میکند و این اطلاعات را به لخته پاریتال (ناحیه ورنیکه) و قشر حرکتی (لخته فرونتال) مرتبط میکند. یکی از کارهایی که باید انجام دهد، تفسیر تصاویر معکوس دنیایی است که توسط لنز چشم بر روی شبکیه تجسم میشود.
لخته تمپورال — لخته تمپورال اطلاعات شنیداری را از گوشها پردازش کرده و آن را به ناحیه ورنیکه در لخته پاریتال و قشر حرکتی لخته جلویی مرتبط میکند.
- گانگلیونهای پایه: همچنین درون لخته تمپورال، گانگلیونهای پایه بههمراه مخچه به هماهنگی حرکات دقیق، مانند حرکات نوک انگشتها کمک میکنند.
- سیستم لیمبیک: واقع در عمق لخته تمپورال، سیستم لیمبیک در رفتارهای احساسی و کنترل حرکات عضلات احشایی (عضلات سیستم گوارشی و حفرات بدنی) اهمیت دارد. سیستم لیمبیک شامل ژیرس سینگولیت، جسم پینهای، جسم پستانی (Mammillary Body)، دستگاه بویایی (Olfactory Tract)، آمیگدال و هیپوکامپ است.
- هیپوکامپ (Hippocampus): هیپوکامپ که درون لخته تمپورال قرار دارد، برای حافظه کوتاهمدت بسیار مهم است.
- آمیگدال (Amygdala): آمیگدال که درون لخته تمپورال قرار دارد، رفتارهای اجتماعی و جنسی و سایر احساسات را کنترل میکند.
- اینسولا (Insula): اینسولا بر عملکردهای خودکار مغز و اعصاب تأثیر میگذارد. به عنوان مثال، زمانی که نفس خود را حبس میکنید، پیامهایی از اینسولا، مراکز تنفسی در بصلالنخاع را سرکوب میکند. اینسولا همچنین اطلاعات مربوط به چشایی را پردازش میکند و لخته تمپورال و لخته جلویی را از هم جدا میکند.
آب روی مغز

مغز و طناب نخاعی شما تحت پوششی از مجموعهای از غشای سفت به نام مننژها (Meninges) قرار دارند که این اندامها را از ساییدن بر روی استخوانهای جمجمه و ستون فقرات محافظت میکنند.
برای حفاظت بیشتر، مغز و طناب نخاعی در دریایی از مایع مغزی-نخاعی (Cerebrospinal Fluid) درون جمجمه و ستون فقرات “شناور” هستند. این مایع ضربهگیر توسط بافت چورویید پلکسوس (Choroid Plexus) تولید میشود که درون مغز واقع شده و از طریق مجموعهای از حفرات (بطنها) از مغز خارج شده و به پایین در امتداد نخاع میریزد. مایع مغزی-نخاعی توسط سد خونی-مغزی (Blood-Brain Barrier) از سیستم تأمین خون جدا نگه داشته میشود.
همانطور که مشاهده میکنید، مغز شما یک اندام پیچیده و بسیار منظم است که بر هر آنچه انجام میدهید نظارت دارد.