نورونها و روایت داستانی از سفر امواج عصبی در بدن انسان
اگر به یادگیری درباره مغز و سیستم عصبی مرکزی علاقهمندید، نخست باید با مهمترین عنصر آن، یعنی نورون آشنا شوید. نورونها، اساس و بنیاد سیستم های عصبی به شمار میآیند.
این سلولها مسئول انتقال و پردازش پیامهای عصبی هستند. در این مقاله از مجله نورومدیکا، به زبان ساده با ساختار نورون و شیوه عملکرد و انواع مختلف این سلولها در سیستم عصبی آشنا خواهید شد.
سیستم عصبی چیست؟
بدن انسان متشکل از میلیاردها سلول است که هر یک مسئولیت خاصی را بر عهده دارند. برای انجام وظایف خود، سیستم عصبی نیز به نورونها به عنوان سلولهای عصبی مخصوص نیاز دارد. مغز انسان به تنهایی دارای حدود شصت و هشت میلیارد نورون است.
وظیفه سیستم عصبی در بدن انسان هماهنگسازی و نظارت بر فعالیتهای مختلف و ایجاد ارتباط میان سلولها و اندامهای مختلف است.
عملکرد این سیستم به این صورت است که ابتدا محرکهای خارجی را دریافت کرده و یک جریان عصبی ایجاد میکند که حاوی اطلاعات مربوط به آن محرک است (مانند سرما یا گرما). این جریان عصبی از یک نقطه به نقطه دیگر و از یک واحد عصبی به واحد دیگر منتقل میشود.
سیستم عصبی سه وظیفه اصلی دارد: دریافت پیامهای حسی، پردازش اطلاعات و کنترل حرکات. در مرحله اول، نورونها اطلاعات را از طریق حسگرها جمعآوری میکنند. سپس این پیامها به مغز و نخاع منتقل میشوند و در نهایت، فرمانهای عصبی به ماهیچهها و اندامها ارسال میشود.
این سیستم به دو بخش اصلی تقسیم میشود:
- دستگاه عصبی مرکزی: شامل مغز و نخاع است.
- دستگاه عصبی محیطی: شامل رشتههای عصبی است که سایر قسمتهای بدن را به مغز و نخاع متصل میکند.
نورون چیست؟
حال بیایید بررسی کنیم که نورون چیست و چه نوع سلولی به حساب میآید. اگر بدن انسان را به یک ساختمان تشبیه کنیم، نورونها در واقع نقش سیمکشی آن را ایفا میکنند. این نورونها پیامها را از درون یا بیرون بدن دریافت کرده، به مراکز عصبی میرسانند و سپس پاسخ آن را به اندامها منتقل میکنند.
نورونها سلولهای تخصصی هستند که در مغز، نخاع و سیستم عصبی محیطی فعالیت میکنند. این سلولهای تحریکپذیر مسئول انتقال و پردازش اطلاعات هستند.
نورونها از طریق پدیده الکتروشیمیایی با یکدیگر ارتباط برقرار میکنند. این پدیده شامل واکنشهای شیمیایی است که در اثر عبور جریان الکتریکی رخ میدهد، یا برعکس، یک واکنش شیمیایی میتواند منجر به تولید جریان الکتریکی شود.
بدین ترتیب، نورونها پیامها را از مغز به سراسر بدن میفرستند و برعکس، اطلاعات را از بافتهای بدن به مغز منتقل میکنند. هر نورون میتواند اطلاعات را از نورون دیگر یا از محیط دریافت کرده و به نورون بعدی یا سلولهای دیگر ارسال کند. همچنین، نورونها در مغز وظیفه پردازش اطلاعات را نیز بر عهده دارند.
محرکهای حسی مانند حواس پنجگانه (بینایی، شنوایی، بویایی، چشایی، لامسه و…) بر نورونها تأثیر میگذارند و باعث ایجاد پیام یا جریان عصبی در آنها میشوند. این پیامهای عصبی به صورت سیگنالهای الکتریکی در نورونها حرکت کرده و سپس به نورونهای دیگر منتقل میشوند.
نورونها این اطلاعات را با سرعتی شگفتانگیز در سراسر بدن منتقل میکنند. به نحوی که ساختار، سرعت انتقال پیام و عملکرد آنها موجب شده تا این سلولهای کوچک، پیچیدهترین ماشین بیولوژیک جهان یعنی مغز را تشکیل دهند و خود در میان متفاوتترین سلولها جای بگیرند.
ساختار نورون
سلولهای عصبی از لحاظ شکل و ویژگیهای ظاهری تنوع زیادی دارند، اما ساختار کلی آنها تقریباً مشابه است. هر نورون شامل سه بخش اصلی است: یک جسم سلولی و دو نوع زایده به نامهای دندریت و آکسون.
از نظر عملکردی، نورون به سه قسمت تقسیم میشود: بخش دندریت که پیامها را دریافت میکند، جسم سلولی که اطلاعات را پردازش میکند، و آکسون که پیامها را به سلول بعدی منتقل میسازد. اطلاعات از طریق دندریتها به نورون وارد و از طریق آکسونها به نورونهای دیگر ارسال میشود.
با اینکه نورونها ویژگیهای خاص خود را دارند، اما از چند جنبه با سایر سلولهای بدن شباهتهایی نیز دارند:
- آنها توسط غشای سلولی احاطه شدهاند.
- هسته سلولی درون آنها وجود دارد.
- سیتوپلاسم و اندامکهای غشادار دارند.
- فرآیندهای معمول مانند سنتز پروتئین و تولید انرژی (تنفس سلولی) در آنها انجام میشود.
- جسم سلولی:
هر نورون دارای یک جسم سلولی است که بزرگترین بخش آن به شمار میآید. در این قسمت هسته، سیتوپلاسم و اندامکهای سلولی قرار دارند. معمولاً درون هسته یک یا چند هستک مشاهده میشود و شکل هسته در اکثر نورونها کروی یا بیضوی است.
- دندریت:
دندریت به زایدههای بالایی نورون اطلاق میشود که به صورت شاخکهایی از جسم سلولی خارج شدهاند. این شاخکها معمولاً کوتاه و بلند، منشعب و متعدد هستند و به تدریج که از جسم سلولی دور میشوند، باریکتر میگردند.
دندریت وظیفه دریافت پیام عصبی از نورونهای قبلی یا محیط را بر عهده دارد و این پیام پس از عبور از این نورون به نورون بعدی منتقل میشود. این فرایند تا زمانی ادامه مییابد که پیام به نخاع برسد و سپس نخاع آن را برای تحلیل به مغز ارسال کند.
- آکسون:
آکسون به زایدههای طولانی در قسمت پایینی نورون اطلاق میشود که ممکن است انشعابات جانبی داشته باشند. آغاز آکسون از جسم سلولی به شکل برآمدگی تپهای شکل به نام تپه آکسونی است و دور آن را غلاف میلین فراگرفته است.
وظیفه آکسون انتقال انواع پیامهای عصبی به دیگر سلولهای عصبی یا سلولهای بافتهای دیگر بدن است. پس از دریافت پیام عصبی توسط دندریت، اطلاعات از جسم سلولی عبور کرده و وارد آکسون میشود. آکسون مسئول ارسال این پیام به نورون یا سلول بعدی است.
آکسونها در نورونهای حسی معمولاً کوتاهاند و در نورونهای رابط ممکن است کوتاه یا بلند باشند. برخی از سلولهای عصبی مانند آماکرین در چشم، فاقد آکسون هستند.
عملکرد نورونها
نورونها به عنوان واحدهای بنیادی سیستم عصبی، نقش مرکزی در پردازش اطلاعات و انتقال سیگنالها ایفا میکنند. در این فصل، به بررسی جزئیات عملکرد نورونها، فرآیند انتقال سیگنال، ارتباط بین نورونها و ترمیم و بازسازی آنها خواهیم پرداخت.
فرآیند انتقال سیگنال در نورون
- پتانسیل عمل و تغییرات ولتاژ
پتانسیل عمل پدیدهای است که به موجب آن نورونها قادر به ارسال سیگنالهای الکتریکی به سایر نورونها و یا به سایر بافتها هستند. این فرآیند شامل تغییرات سریع در ولتاژ غشاء نورون است.
در حالت استراحت، ولتاژ غشاء حدود -70 میلیولت است. زمانی که نورون تحریک میشود، این ولتاژ به سمت مثبت تغییر میکند و به حدود +30 میلیولت میرسد.
این تغییرات در ولتاژ به وسیله ورود سریع یونهای سدیم به داخل نورون و خروج یونهای پتاسیم از آن اتفاق میافتد. پتانسیل عمل به عنوان پیام الکتریکی نورون عمل کرده و میتواند تا دهها میلیمتر در طول آکسون نورون حرکت کند.
- نقش یونها در انتقال سیگنال
یونها به عنوان مؤلفههای کلیدی در انتقال سیگنالهای عصبی شناخته میشوند. دو نوع یون اصلی دخیل در این فرآیند، یونهای سدیم (Na⁺) و پتاسیم (K⁺) هستند. در مرحله تحریک، آستانهای باید عبور شود تا پتانسیل عمل آغاز شود.
این تحریک میتواند از طریق انواع مختلفی از محرکها حاصل شود. پس از ایجاد پتانسیل عمل، موجی از تغییرات ولتاژ به سمت انتهای آکسون پیش میرود و موجب آزاد شدن انتقالدهندههای عصبی در سیناپسها میشود.
ارتباط بین سلولهای نورون
- سیناپسها و انتقال عصبی
سیناپسها نقاط تماس بین دو نورون هستند که در آنها انتقال سیگنالهای عصبی صورت میگیرد. این نقاط میتوانند به دو نوع اصلی تقسیم شوند:
سیناپسهای شیمیایی و الکتریکی. سیناپسهای شیمیایی با استفاده از انتقالدهندههای عصبی سیگنال را منتقل میکنند، در حالی که سیناپسهای الکتریکی از طریق کانالهای یونی مستقیماً سیگنال را انتقال میدهند.
این ارتباطها نه تنها به انتقال اطلاعات بین نورونها کمک میکنند، بلکه میتوانند تقویت یا تضعیف شوند، که این موضوع به فرآیند یادگیری و حافظه مرتبط است.
- انتقال شیمیایی و الکتریکی
انتقال شیمیایی ارزانترین و شایعترین نوع ارتباط بین نورونها به شمار میرود. در این نوع انتقال، پس از آزاد شدن انتقالدهندههای عصبی در سیناپس، این مواد به گیرندههای نورون گیرنده متصل میشوند و موجب تغییر پتانسیل آن میگردند.
از طرف دیگر، انتقال الکتریکی به نورونها اجازه میدهد تا به سرعت و به طور مستقیم یکدیگر را تحریک کنند، که این نوع انتقال معمولاً در نورونهای خاصی که نیاز به پاسخ سریع دارند، مشاهده میشود.
ترمیم و بازسازی سلولهای نورون
- پایههای نوروپلاستیسیتی
نوروپلاستیسیتی، ظرفیت سیستم عصبی برای تغییر و سازگاری در پاسخ به تجربیات و محیط است. این پدیده به نورونها این امکان را میدهد که پس از آسیب، ترمیم و بازسازی شوند.
نوروپلاستیسیتی میتواند به صورتهای مختلفی از جمله تشکیل سیناپسهای جدید، تقویت سیناپسهای موجود و حتی تکثیر نورونها اتفاق بیفتد.
- عوامل مؤثر در ترمیم سیستم عصبی
عوامل مختلفی میتوانند بر توانایی نورونها برای ترمیم و بازسازی تأثیر بگذارند. این عوامل شامل سن، نوع و شدت آسیب و همچنین محیط و شرایط فیزیولوژیکی فرد است.
تحقیقاتی نشان دادهاند که تمرین و یادگیری میتوانند به شکلگیری الگوهای جدید نورونی کمک کنند و بهبود مهارتهای حرکتی و شناختی را به ارمغان آورند.
انواع نورون
نورونها به سه دسته اصلی تقسیم میشوند: نورونهای حسی، حرکتی و رابط.
- نورون حسی:
نورونهای حسی معمولاً آکسونهای کوتاه و دندریتهای بلندی دارند و وظیفه آنها انتقال پیام از اندامها به جسم سلولی است. این نورونها اطلاعاتی درباره درد، حرارت، فشار و سایر حسهای دریافتی را از اندامهای حسی به مغز منتقل میکنند.
به عنوان مثال، وقتی دستمان به جسمی داغ میخورد و احساس سوختگی میکنیم، نورونهای حسی در حال فعالیتاند.
- نورون حرکتی:
نورونهای حرکتی به انتقال پیام از مراکز عصبی به اندامها اختصاص دارند. این سلولها معمولاً دارای آکسونهای بلند و دندریتهای کوتاه هستند.
آنها پیامها و امواج عصبی را از مغز یا نخاع به اندامهای مختلف منتقل میکنند. به عنوان مثال، زمانی که پس از احساس گرما دستمان را عقب میکشیم، نورونهای حرکتی در حال فعالیتاند.
- نورونهای رابط:
این نوع نورونها معمولاً دندریتهای کوتاهی دارند و بسته به موقعیت خود، میتوانند آکسونهای کوتاه یا بلندی داشته باشند.
اکثر نورونهای دستگاه عصبی مرکزی از نوع رابط هستند و همانطور که از نام آن پیداست، ارتباط بین نورونهای حسی و حرکتی و مراکز عصبی را برقرار میکنند.
نورونها و سیستم عصبی
در این بخش، به بررسی انواع سیستمهای عصبی و نقش نورونها در فعالیتهای روزمره انسان میپردازیم.
انواع سیستمهای عصبی
- سیستم عصبی مرکزی
سیستم عصبی مرکزی شامل مغز و نخاع است و مسئول پردازش اطلاعات و کنترل فعالیتهای بدن میباشد. مغز به عنوان مرکز تصمیمگیری و کنترل، حاوی میلیاردها نورون است که اطلاعات را از محیط دریافت کرده و به آن واکنش نشان میدهند.
- سیستم عصبی محیطی
سیستم عصبی محیطی شامل نورونهایی است که سیگنالها را از حسگرهای محیطی به سیستم عصبی مرکزی منتقل میکنند و نیز پیامها را از مرکز به عضلات و غدد بدن ارسال مینمایند. این سیستم به دو بخش اصلی تقسیم میشود: سیستم عصبی حسی و سیستم عصبی حرکتی.
نقش نورونها در فعالیتهای روزمره
- حرکت و هماهنگی
نورونها در کنترل حرکات ارادی و غیرارادی بدن نقش مهمی دارند. سیناپسهای بین نورونهای حرکتی و عضلات، انتقال سیگنالهای عصبی را ممکن میسازند و این امر سبب حرکت و هماهنگی در فعالیتهای روزمره میشود.
- ادراک حسی
ادراک حسی فرآیندی است که طی آن نورونها اطلاعات مربوط به پنج حس اصلی انسان (بینایی، شنوایی، لمس، چشایی و بویایی) را دریافت و پردازش میکنند. این اطلاعات پس از پردازش در مغز، به ما امکان میدهد تا درک کاملی از محیط اطراف خود داشته باشیم.
- حافظه و یادگیری
نقش نورونها در حافظه و یادگیری به تأسیس و تقویت سیناپسها و مدارهای عصبی بازمیگردد. این فرآیند پیچیده، تحت تأثیر تجارب زندگی، تمرین و محیط قرار دارد و میتواند به بهبود تواناییهای شناختی و یادگیری کمک کند.
در نتیجه، نورونها و عملکرد آنها به عنوان ارکان اساسی سیستم عصبی، تأثیر عمیق و گستردهای بر زندگی روزمره بشر دارند. درک بهتر از این عملکردها میتواند به بهینهسازی سلامت نورونی و بهبود کیفیت زندگی کمک کند.
