تکانه در نورون حرکتی را انجام می دهد. تکانه عصبی و اصل انتقال آن. چگونه همه چیز در مغز کار می کند

8317 0

نورون ها

در حیوانات بالاتر، سلول‌های عصبی اندام‌های سیستم عصبی مرکزی (CNS) - مغز و نخاع - و سیستم عصبی محیطی (PNS) را تشکیل می‌دهند که شامل اعصاب و فرآیندهای مرتبط با CNS با عضلات، غدد و گیرنده‌ها می‌شود.

ساختار

سلول های عصبی با میتوز (تقسیم سلولی) تکثیر نمی شوند. نورون ها سلول های آمیتوتی نامیده می شوند - اگر از بین بروند، بهبود نمی یابند. گانگلیون ها دسته ای از سلول های عصبی خارج از سیستم عصبی مرکزی هستند. همه نورون ها از عناصر زیر تشکیل شده اند.

بدن سلولی. اینها هسته و سیتوپلاسم هستند.

آکسون.این یک گسترش طولانی و نازک است که اطلاعات را از بدن سلولی به سلول های دیگر از طریق اتصالاتی به نام سیناپس منتقل می کند. برخی از آکسون ها کمتر از یک سانتی متر طول دارند، در حالی که بیشتر آکسون ها توسط یک ماده محافظ به نام غلاف میلین احاطه شده اند که به سرعت بخشیدن به فرآیند انتقال تکانه های عصبی کمک می کند. انقباضات روی آکسون در یک فاصله زمانی معین را گره های رانویر می نامند.

دندریت هااین شبکه ای از الیاف کوتاه است که از آکسون یا بدن سلولی گسترش یافته و انتهای آکسون ها را از سایر نورون ها به هم متصل می کند. دندریت ها با دریافت و ارسال سیگنال ها اطلاعاتی را در اختیار سلول قرار می دهند. هر نورون می تواند صدها دندریت داشته باشد.

ساختار نورون

توابع

نورون ها به صورت الکتروشیمیایی با یکدیگر تماس می گیرند و تکانه ها را در سراسر بدن منتقل می کنند.

غلاف میلین

. سلول های شوان به دور یک یا چند آکسون می پیچند (الف)، غلاف میلین را تشکیل می دهد.
. از چندین لایه (احتمالاً 50-100) غشای پلاسمایی تشکیل شده است (ب)بین آن سیتوزول مایع (سیتوپلاسم عاری از هیپوکندری و سایر عناصر شبکه آندوپلاسمی) به استثنای بالاترین لایه در گردش است. (V).
. غلاف میلین در اطراف آکسون بلند به بخش هایی تقسیم می شود که هر کدام توسط یک سلول شوان جداگانه تشکیل شده است.
. بخش های مجاور با باریک شدن هایی به نام گره های Ranvier از هم جدا می شوند (G)، جایی که آکسون غلاف میلین ندارد.

تکانه های عصبی

در حیوانات بالاتر، سیگنال‌ها در سراسر بدن و مغز به شکل تکانه‌های الکتریکی ارسال می‌شوند که از طریق اعصاب منتقل می‌شوند. هنگامی که یک تغییر فیزیکی، شیمیایی یا الکتریکی در غشای سلولی رخ می دهد، اعصاب تکانه ایجاد می کنند.

1 نورون در حال استراحت

یک نورون در حال استراحت دارای بار منفی در داخل غشای سلولی (a) و بار مثبت در خارج از این غشاء (b) است. این پدیده پتانسیل غشایی باقیمانده نامیده می شود.

توسط دو عامل پشتیبانی می شود:

نفوذپذیری مختلف غشای سلولیبرای یون های سدیم و پتاسیم که بار مثبت یکسانی دارند. سدیم دیرتر از آن که پتاسیم از سلول خارج می شود، به داخل سلول نفوذ می کند.

تبادل سدیم و پتاسیم، که در آن یون های مثبت بیشتری از سلول خارج می شوند تا وارد شوند. در نتیجه، یون های مثبت بیشتری در خارج از غشای سلولی نسبت به داخل آن تجمع می کنند.

2 نورون تحریک شده

هنگامی که یک نورون تحریک می شود، نفوذپذیری بخشی از غشای سلولی تغییر می کند. یون های مثبت سدیم (g) سریعتر از حالت استراحت شروع به ورود به سلول می کنند که منجر به افزایش پتانسیل مثبت در داخل سلول می شود. این پدیده دپلاریزاسیون نامیده می شود.

3 تکانه عصبی

دپلاریزاسیون به تدریج به کل غشای سلولی گسترش می یابد (e). به تدریج، بارهای طرفین غشای سلولی تغییر می کند (نه برای مدتی). این پدیده قطبش معکوس نامیده می شود. این، در اصل، یک تکانه عصبی است که در امتداد غشای سلولی یک سلول عصبی منتقل می شود.

4 رپلاریزاسیون

نفوذپذیری غشای سلولی دوباره تغییر می کند. یون های سدیم مثبت (Na+) شروع به خروج از سلول (e) می کنند. در نهایت دوباره یک بار مثبت در خارج از سلول تشکیل می شود و یک بار مثبت در داخل آن تشکیل می شود. به این فرآیند رپلاریزاسیون می گویند.

اطلاعات بین نورون ها مانند جریان در سیم ها منتقل می شود. تکانه های الکتریکی از سلولی به سلول دیگر، از دندریتی که در آن منشأ می گیرند به آکسونی که از آن عبور می کنند، منتقل می شود. اما یک تفاوت نیز وجود دارد شبکه های الکتریکی- تکانه ها نه از طریق الکترون ها، بلکه از طریق یون ها منتقل می شوند.

سیناپس

با وجود تعداد زیاد آنها، نورون ها هرگز یکدیگر را لمس نمی کنند. اما تکانه های الکتریکی را نمی توان منتقل کرد مگر اینکه تماس فیزیکی وجود داشته باشد. بنابراین، پیام هایی که از نورون به نورون منتقل می شوند باید از الکتریکی به شکل دیگری تبدیل شوند. سیستم عصبی از مواد شیمیایی برای انتقال اطلاعات بین نورون ها استفاده می کند.

سیناپس نقطه تماس بین دو نورون یا بین نورون و سلولی است که سیگنال دریافت می کند.

فضای سیناپسی شکل یک شکاف دارد. چه زمانی ضربه الکتریکیبا رسیدن به یک نورون، مولکول های شیمیایی به نام انتقال دهنده های عصبی را از سیناپس آزاد می کند. از طریق انتشار، آنها در سراسر شکاف سیناپسی حرکت می کنند و وارد گیرنده های نورون دیگری می شوند که مخصوص آنها طراحی شده است. در نتیجه، یک ضربه الکتریکی دیگر رخ می دهد.

دو نوع انتقال دهنده عصبی

مغز حدود پنجاه نوع انتقال دهنده عصبی تولید می کند که می توان آنها را به دو نوع تقسیم کرد. واسطه های تحریکی به تولید یک تکانه عصبی کمک می کنند. برعکس، انتقال دهنده های عصبی مهاری، وقوع آن را کاهش می دهند. در بیشتر موارد، یک نورون تنها یک نوع انتقال دهنده عصبی را آزاد می کند.

حد تحریک

هر نورون قادر به دریافت صدها پیام در ثانیه است. او میزان اهمیت آن را قضاوت می کند و تحلیلی مقدماتی از آن انجام می دهد. در یک نورون، تکانه های تحریکی اضافه شده و تکانه های بازدارنده کم می شوند. برای اینکه یک نورون تکانه خود را ایجاد کند، مجموع حاصل باید بیشتر از مقدار معینی باشد.

نقش تکرار

ایده های مشابه، خاطرات مشابه همان نورون ها و سیناپس ها را به جریان می اندازند. سیناپس‌های پرکاربرد سریع‌تر عمل می‌کنند. بنابراین آنچه را که چندین بار دیده یا تکرار کرده ایم به سرعت به یاد می آوریم. با این حال، این اتصالات در صورت عدم استفاده کافی می توانند ناپدید شوند و اتصالات جدید در جای خود ظاهر شوند.

سلول های گلیال

نوع دیگری از سلول های عصبی سلول های گلیال هستند. تعداد آنها 10 برابر بیشتر از خود نورون هاست. آنها را "پرستار نورون ها" می نامند زیرا در تغذیه آنها، حذف مواد زائد و محافظت در برابر دشمنان خارجی نقش دارند. اما آخرین تحقیقات نشان می دهد که آنها برای چیزی بیش از مراقبت از نورون ها مورد نیاز هستند. ظاهراً در پردازش اطلاعات نیز نقش دارند، علاوه بر این، برای عملکرد حافظه ضروری هستند!

رشته های عصبی

فرآیندهای نورون ها توسط غشاء احاطه شده و در دسته هایی به نام رشته های عصبی ترکیب می شوند. تعداد رشته های عصبی در اعصاب مختلف از 10 2 تا 10 5 متغیر است.

غلاف فیبر عصبی شامل سلول های گلیالو باعث عبور تکانه های عصبی در سراسر بدن می شود. به آن غلاف میلین می گویند.

نقش هورمون ها در عملکرد مغز

برای تبادل اطلاعات، مغز از ترکیبات شیمیایی خاص - هورمون ها استفاده می کند. برخی از آنها توسط خود مغز و برخی توسط غدد درون ریز تولید می شوند. هورمون ها باعث واکنش های فیزیولوژیکی مختلفی می شوند.

3. مغز انسان

لایه بیرونی مغز از دو نیمکره مغزی تشکیل شده است که تشکیلات عمیق تری را پنهان می کنند. سطح نیمکره ها با شیارها و پیچش هایی پوشیده شده است که سطح آنها را افزایش می دهد.

قسمت های اصلی مغز

مغز انسان به طور کلی به سه بخش اصلی تقسیم می شود:

پیش مغز

ساقه مغز

مخچه

ماده خاکستری و سفید

ماده مغز از نواحی خاکستری و سفید تشکیل شده است. نواحی خاکستری مجموعه ای از نورون ها هستند. تعداد آنها بیش از 100 میلیارد است و آنها هستند که اطلاعات را پردازش می کنند. ماده سفید مغز از آکسون ها تشکیل شده است. از طریق آنها اطلاعاتی منتقل می شود که توسط نورون ها پردازش می شود. قسمت داخلی نخاع نیز حاوی ماده خاکستری است.

تغذیه مغز

مغز برای عملکرد طبیعی به تغذیه نیاز دارد. برخلاف سایر سلول های بدن، سلول های مغز فقط می توانند گلوکز را پردازش کنند. مغز نیز به اکسیژن نیاز دارد. بدون آن، میتوکندری قادر به تولید انرژی کافی نخواهد بود. اما از آنجایی که خون گلوکز و اکسیژن را به مغز می رساند، برای حفظ سلامت مغز، هیچ چیز نباید در جریان طبیعی خون اختلال ایجاد کند. اگر جریان خون به مغز متوقف شود، در عرض ده ثانیه فرد هوشیاری خود را از دست می دهد. اگرچه مغز تنها 2.5 درصد وزن بدن را دارد، اما به طور مداوم 20 درصد از خون در گردش در بدن و مقدار متناظر اکسیژن را در روز و شب دریافت می کند.

نورون حرکتی

فعالیت انقباضی عضله با استفاده از آن کنترل می شود تعداد زیادی نورون های حرکتی- سلول های عصبی که بدن آنها در آن قرار دارد نخاعو شاخه های بلند - آکسون هابه عنوان بخشی از عصب حرکتی به عضله نزدیک می شوند. پس از ورود به عضله، آکسون به شاخه های زیادی منشعب می شود که هر کدام به یک فیبر جداگانه متصل می شوند، مانند سیم های الکتریکی متصل به خانه ها، بنابراین، یک نورون حرکتی گروهی از الیاف را کنترل می کند (به اصطلاح واحد عصبی حرکتی) که به صورت یک واحد کار می کند.

یک عضله از واحدهای عصبی حرکتی بسیاری تشکیل شده است و قادر است نه با کل جرم خود، بلکه در قسمت هایی کار کند که به شما امکان می دهد قدرت و سرعت انقباض را تنظیم کنید.

بیایید به ساختار دقیق تر یک سلول عصبی نگاه کنیم.

واحد ساختاری و عملکردی سیستم عصبی سلول عصبی است - نورون.

نورون ها- سلول های تخصصی که قادر به دریافت، پردازش، انتقال و ذخیره اطلاعات، سازماندهی واکنش به تحریک، و برقراری تماس با سایر سلول های عصبی و اندام هستند.

یک نورون از جسمی با قطر 3 تا 130 میکرومتر، حاوی یک هسته (با تعداد زیادی منافذ هسته ای) و اندامک ها (شامل شبکه آندوپلاسمی بسیار توسعه یافته با ریبوزوم های فعال، دستگاه گلژی) و همچنین فرآیندهایی تشکیل شده است. . دو نوع فرآیند وجود دارد: دندریت ها و آکسون هانورون دارای یک اسکلت سلولی توسعه یافته و پیچیده است که در فرآیندهای آن نفوذ می کند. اسکلت سلولی شکل سلول را حفظ می کند.

دندریت ها- انشعاب فرآیندهای کوتاه که سیگنال ها را از سایر نورون ها، سلول های گیرنده یا مستقیماً از محرک های خارجی دریافت می کنند. دندریت تکانه های عصبی را به بدن نورون هدایت می کند.

آکسون ها- یک فرآیند طولانی برای انجام تحریک از بدن نورون.

توانایی های منحصر به فرد نورون عبارتند از:

- توانایی تولید بارهای الکتریکی
- انتقال اطلاعات با استفاده از پایان های تخصصی -سیناپس ها

تکانه عصبی.

بنابراین، چگونه انتقال تکانه عصبی رخ می دهد؟
اگر تحریک یک نورون از مقدار آستانه معینی فراتر رود، یک سری تغییرات شیمیایی و الکتریکی در نقطه تحریک رخ می دهد که در کل نورون پخش می شود. تغییرات الکتریکی منتقل شده نامیده می شود تکانه عصبی

بر خلاف یک تخلیه الکتریکی ساده، که به دلیل مقاومت نورون به تدریج ضعیف می شود و می تواند فقط یک فاصله کوتاه را پوشش دهد، یک تکانه عصبی "در حال اجرا" بسیار کندتر به طور مداوم در فرآیند انتشار بازسازی می شود (بازسازی می شود).
غلظت یون ها (اتم های باردار الکتریکی) - عمدتاً سدیم و پتاسیم و همچنین مواد آلی- خارج و داخل نورون یکسان نیستند، بنابراین سلول عصبی در حالت استراحت از داخل دارای بار منفی و از خارج دارای بار مثبت است. در نتیجه، یک تفاوت پتانسیل روی غشای سلولی ظاهر می شود (به اصطلاح "پتانسیل استراحت" تقریباً -70 میلی ولت است). هر تغییری که باعث کاهش بار منفی درون سلول و در نتیجه اختلاف پتانسیل در سراسر غشاء شود نامیده می شود دپولاریزاسیون
غشای پلاسمایی اطراف نورون تشکیل پیچیده ای است که از لیپیدها (چربی ها)، پروتئین ها و کربوهیدرات ها تشکیل شده است. عملاً برای یون ها غیر قابل نفوذ است. اما برخی از مولکول های پروتئین در غشاء کانال هایی را تشکیل می دهند که یون های خاصی می توانند از آن عبور کنند. با این حال، این کانال ها که کانال های یونی نامیده می شوند، دائما باز نیستند، اما مانند دروازه ها می توانند باز و بسته شوند.
هنگامی که یک نورون تحریک می شود، برخی از کانال های سدیم (Na+) در نقطه تحریک باز می شوند و به یون های سدیم اجازه ورود به سلول را می دهند. هجوم این یون های دارای بار مثبت بار منفی سطح داخلی غشاء را در ناحیه کانال کاهش می دهد که منجر به دپلاریزاسیون می شود که با تغییر ناگهانیولتاژ و دشارژ - به اصطلاح "پتانسیل عمل"، به عنوان مثال. تکانه عصبی سپس کانال های سدیم بسته می شوند.
در بسیاری از نورون‌ها، دپلاریزاسیون باعث باز شدن کانال‌های پتاسیم (K+) می‌شود که باعث خروج یون‌های پتاسیم از سلول می‌شود. از دست دادن این یون های دارای بار مثبت دوباره باعث افزایش بار منفی در سطح داخلی غشا می شود. سپس کانال های پتاسیم بسته می شوند. سایر پروتئین های غشایی نیز شروع به کار می کنند - به اصطلاح. پمپ های پتاسیم سدیم که Na+ را به خارج از سلول و K+ را به داخل سلول منتقل می کند که همراه با فعالیت کانال های پتاسیم، حالت اولیه الکتروشیمیایی (پتانسیل استراحت) را در نقطه تحریک بازیابی می کند.
تغییرات الکتروشیمیایی در نقطه تحریک باعث دپلاریزاسیون در یک نقطه مجاور غشاء می شود و باعث ایجاد چرخه مشابه در آن می شود. این فرآیند دائما تکرار می شود و در هر نقطه جدیدی که دپلاریزاسیون اتفاق می افتد، تکانه ای به همان بزرگی نقطه قبلی ایجاد می شود. بنابراین، همراه با چرخه الکتروشیمیایی تجدید شده، تکانه عصبی در طول نورون از نقطه ای به نقطه دیگر پخش می شود.

ما متوجه شده ایم که چگونه یک تکانه عصبی از طریق یک نورون حرکت می کند، اکنون بیایید بفهمیم که چگونه تکانه از آکسون به فیبر عضلانی منتقل می شود.

سیناپس.

آکسون در فیبر عضلانی در جیب‌های عجیبی قرار دارد که از برآمدگی‌های آکسون و سیتوپلاسم فیبر سلولی تشکیل شده است.
یک سیناپس عصبی عضلانی بین آنها تشکیل می شود.

اتصال عصبی عضلانی- انتهای عصب بین آکسون یک نورون حرکتی و فیبر عضلانی.

1. آکسون.
2. غشای سلولی.
3. وزیکول های سیناپسی آکسون
4. پروتئین گیرنده
5. میتوکندری.

سیناپس از سه بخش تشکیل شده است:
1) عنصر پیش سیناپسی (پرتاب کننده) حاوی وزیکول های سیناپسی (وزیکول) با فرستنده
2) شکاف سیناپسی (شکاف انتقال)
3) یک عنصر پس سیناپسی (درک کننده) با پروتئین های گیرنده که برهمکنش فرستنده را با غشای پس سیناپسی و پروتئین های آنزیمی که فرستنده را تخریب یا غیرفعال می کنند، تضمین می کند.

عنصر پیش سیناپسی- عنصری که یک تکانه عصبی ایجاد می کند.
عنصر پس سیناپسی- عنصری که یک تکانه عصبی دریافت می کند.
شکاف سیناپسی- فاصله ای که در آن انتقال تکانه های عصبی اتفاق می افتد.

هنگامی که یک تکانه عصبی به شکل پتانسیل عمل (جریان گذرنده ناشی از یون های سدیم و پتاسیم) به سیناپس "می رسد"، یون های کلسیم وارد عنصر پیش سیناپسی می شوند.

میانجی– یک ماده فعال بیولوژیکی که توسط پایانه های عصبی ترشح می شود و یک تکانه عصبی را در سیناپس منتقل می کند. یک واسطه برای انتقال تکانه ها به فیبرهای عضلانی استفاده می شود – استیل کولین

یون های کلسیم از پارگی وزیکول ها و آزاد شدن فرستنده در شکاف سیناپسی اطمینان می دهند. پس از عبور از شکاف سیناپسی، فرستنده به پروتئین های گیرنده در غشای پس سیناپسی متصل می شود. در نتیجه این تعامل، یک تکانه عصبی جدید بر روی غشای پس سیناپسی ایجاد می شود که به سلول های دیگر منتقل می شود. پس از برهمکنش با گیرنده ها، واسطه توسط پروتئین های آنزیمی از بین رفته و حذف می شود. اطلاعات به شکل رمزگذاری شده به سلول های عصبی دیگر منتقل می شود (ویژگی های فرکانس پتانسیل های ناشی از غشای پس سیناپسی؛ آنالوگ ساده شده چنین کدی بارکد روی بسته بندی محصول است). "رمزگشایی" در مراکز عصبی مربوطه رخ می دهد.
واسطه ای که به گیرنده متصل نیست یا توسط آنزیم های خاص از بین می رود یا به وزیکول های انتهای پیش سیناپسی باز می گردد.

یک ویدیوی جذاب در مورد نحوه حرکت یک تکانه عصبی:

ویدیو حتی زیباتر

سیناپس

چگونه یک تکانه عصبی انجام می شود (نمایش اسلاید)

تکانه عصبی چیست

طبیعت بسیار ساده است.
در غیر این صورت هیچ چیز کار نمی کند.
فقط از این سادگی زیاد است.
از این رو تمام مشکلات.

اگرچه امروزه اطلاعات زیادی در مورد مغز و ساختار آن وجود دارد، اما سوال اصلی این است: "چگونه کار می کند؟" هنوز پاسخی داده نشده است مغز به عنوان یک جعبه سیاه به نظر می رسد که ورودی آن از طریق گیرنده ها - اندام های حسی - "برخی" سیگنال هایی را دریافت می کند که شرایط دنیای بیرون را منعکس می کند و مغز نیز به نوبه خود آنها را پردازش می کند، ذخیره می کند و "برخی" ارسال می کند. دستورات کنترلی به ارگانهای کارگری (مدیران).

سوالات بی پاسخ در مورد نحوه نمایش، ضبط (گرفتن) و بازیابی این اطلاعات باقی می ماند.

اما، به هر حال، علم ثابت نمی ماند و دانشمندان پیشرفت قابل توجهی در تحقیقات مغز داشته اند.

ایده هایی در مورد نحوه عملکرد نورون ها وجود دارد، تلاش هایی برای ایجاد یک مدل منطقی از نحوه عملکرد مغز وجود دارد. درست است که ارزش آن را دارد که مسائل مربوط به انتقال اطلاعات بین نورون ها را لمس کنیم و ما بلافاصله با نکات طفره آمیزی در مورد روش های خاص انتقال تحریک، روش های شیمیایی و الکتریکی انتقال سیگنال مواجه می شویم. ماهیت الکتریکی تکانه های عصبی، گویی در حال عبور ذکر شده است.

فقدان جزئیات، زمینه را برای تخیلات عرفانی و شبه علمی فراهم می کند. بنابراین، برای درک اثرات بیوفیزیکی در مغز، به طور مداوم تلاش می شود تا فرضیه های جدیدی ارائه شود، به عنوان مثال، در مورد وجود برخی از طبیعت در طبیعت. سرزندگییا میدان های پیچشی

بنابراین، یک مدل مدرن از نحوه عملکرد مغز.
امروزه به طور قطع شناخته شده است که مغز متشکل از مقدار زیادیعناصر منطقی فردی - نورون ها. هر نورون را می توان با سیگنال هایی که به ورودی هایش می رسد تحریک کرد ( آکسون ها) از خروجی ها ( دندریت ها) نورون های دیگر که مستقیماً به آن متصل هستند. این نورون پس از برانگیختگی در حالت برانگیخته (!!! و نه باردار) قرار دارد و تحریک را از طریق خروجی های خود به ورودی عناصر منطقی زیر - نورون ها منتقل می کند.

نورون- یک سلول عصبی تخصصی با غشای خاص خود، مجموعه ای از اندامک های درون سلولی و نوروفیبریل ها. یک فرآیند محوری طولانی - آکسون و دندریت های انشعاب کوتاه از بدن آن خارج می شوند. دندریت‌هایی که تکانه‌های عصبی را از سایر نورون‌ها دریافت می‌کنند، آنها را به آکسون منتقل می‌کنند، که در طول آن تحریک بدون تضعیف به سایر نورون‌ها یا عوامل مؤثر - انواع مختلف ارگان‌های اجرایی (غدد، ماهیچه‌ها و غیره) گسترش می‌یابد. فرهنگ لغت - کتاب راهنمای حشره شناس من سیناپس را نیز برجسته می کنم. سیناپس- محل تماس بین دو نورون یا بین یک نورون و سلول موثر دریافت کننده سیگنال. برای انتقال تکانه های عصبی بین دو سلول عمل می کند.

این عملاً تمام چیزی است که علم در مورد نحوه عملکرد یک نورون می داند. همه دانش های دیگر به طبقه بندی نورون ها بر اساس نوع، اندازه، تعداد دم ها و موارد دیگر مربوط می شود خواص مهم. خوب، البته، تعداد زیادی نتیجه گیری بر اساس یک ایده اساساً اشتباه در مورد آن گرفته شده است ماهیت الکتریکیتکانه های عصبی

حالا بیایید دو فرض را مطرح کنیم.
اول- اطلاعات (تحریک) به صورت موج صوتی (صوتی) از نورون به نورون دیگر منتقل می شود.
دوم- نورون یک سیستم نوسانی واحد است ( مدار نوسانی) و قابلیت تنظیم روی یک یا چند مورد را دارد فرکانس های تشدیدو در حالت خود نوسانی قرار بگیرند و از این طریق از حفظ (ذخیره) اطلاعات اطمینان حاصل کنند.
سپس یک تکانه عصبی چیزی نیست جز یک موج صوتی که در امتداد دندریت ها و آکسون های یک نورون منتقل می شود. بدنه نورون خود نشان دهنده یک مدار نوسانی صوتی یا تشدید کننده است که در مورد انتقال اطلاعات، قادر به تعدیل تکانه عصبی عبوری از آن است و در مورد ذخیره اطلاعات، در حالت خود نوسانی قرار دارد. فرکانس مشخص یا، فرض کنید، برای انجام عملکرد ضبط، سلول پارامترهای رزونانس خود را تغییر می‌دهد و به آرامش خود ادامه می‌دهد و تنها زمانی پاسخ می‌دهد.

بیایید با استفاده از مثال FIGURE به نحوه کار این همه نگاه کنیم......

R1-Rn - گیرنده ها. اطلاعات از گیرنده ها از طریق ورودی ها - دندریت ها، از طریق بدنه نورون به خروجی - آکسون عبور می کند. وظیفه سیستم عصبی انتقال اطلاعات از گیرنده به مغز است. در ساده ترین مدار نشان داده شده در شکل 1، این تنها در صورتی امکان پذیر است که سیگنال ها به صورت جداگانه قابل تشخیص باشند. یعنی سیگنال خروجی حامل اطلاعات مربوط به گیرنده خاصی است که تکانه عصبی از آن شروع شده است. بیایید فرض کنیم که در مورد ما، تکانه های عصبی در فرکانس متفاوت هستند.

حالا بیایید کار را بسیار دشوارتر کنیم. فرض کنید که یک تکانه عصبی از یک گیرنده از طریق دنباله ای از نورون ها، به عنوان مثال دو، منتقل می شود. شکل 2 را ببینید.
در این مثال، تکانه عصبی در خروجی مدار نه تنها باید حاوی اطلاعاتی در مورد گیرنده ای باشد که از آن آمده است، بلکه در مورد تمام نورون هایی که از طریق آنها منتقل شده است نیز باشد. می توان فرض کرد که هر نورون درگیر در انتقال یک ضربه، جزء اطلاعاتی خود را به آن می آورد. به عنوان مثال، مدولاسیون سیگنال فرکانس که از گیرنده می آید.

همه تکانه های عصبی مانند بارکدهای روی کالاها در سوپرمارکت، مانند اثر انگشت منحصر به فرد هستند. آنها منحصر به فرد هستند و حاوی اطلاعاتی در مورد حقیقت تحریک گیرنده و مسیر طی شده هستند.
میلیون ها تکانه عصبی در هر ثانیه از سیستم عصبی انسان عبور می کنند. طرح پیشنهادی در بالا به ما اجازه می‌دهد توضیح دهیم که چگونه تکانه‌های کاملاً متفاوتی می‌توانند در امتداد کانال‌های عصبی یکسان منتقل شوند و چگونه سرویس توزیع تکانه می‌تواند کار کند.

چنین فرضیاتی به ما چه می گویند؟

• اولاً، ایده آکوستیک، از نقطه نظر فیزیک، نظریه ای کم و بیش قابل قبول برای انتقال اطلاعات در یک موجود زنده به ما می دهد.
• ثانیا، توضیح می دهد که چگونه اطلاعات در مغز ذخیره می شود.
• ثالثاً، تبیین پدیده های زندگی را که در این لحظه قابل درک نیستند، ممکن می سازد و ابزاری برای خودشناسی فراهم می کند.
• چهارم این پارادایم جدیددر پزشکی، به ویژه در درمان.

سوال بلاغی: علت بیماری، آسیب شناسی اندام یا آسیب شناسی سیگنال حاکم بر اندام چیست؟ از نظر تئوری، هر دو ممکن است، و با احتمال مساوی. بنابراین درمان مدرن چه چیزی را درمان می کند (جراحی واضح تر است)؟ و شاید دارونما و هومیوپاتی، که پزشکان «واقعی» مؤدبانه به آن می خندند، بر اساس خود هیپنوتیزمی بیمار، چنین حماقتی نیستند، بلکه دقیقاً با تنظیم سیستم کنترل درمان می شوند. درمان غیرمستقیم، از طریق عملکردهای خارجی مغز است، اما اگر درمان از طریق آن امکان پذیر باشد، چه؟ برای مثال، بیایید محرک‌های قلب مدرن با باتری را به یاد بیاوریم. و اگر قلب را نه با تکانه های الکتریکی طبق اصل " "، بلکه با یک سیگنال کنترل طبیعی (موج صوتی) تحریک کنید. شاید در آن صورت نیازی به عمل نباشد، کافی است مولد صوتی را به هر قسمت از بدن یا هر نورون اعمال کنید و سیگنال خود هدف خود را پیدا کند.

کاندیدای علوم زیستی ال. چایلاخیان، محقق در موسسه بیوفیزیک آکادمی علوم اتحاد جماهیر شوروی

خواننده مجله ال. گوربونوا (روستای تسیبنو، منطقه مسکو) برای ما می نویسد: "من به مکانیسم انتقال سیگنال از طریق سلول های عصبی علاقه مند هستم."

برندگان جایزه جایزه نوبل 1963 (از چپ به راست): A. Hodgkin, E. Huxley, D. Eccles.

ایده های دانشمندان در مورد مکانیسم انتقال تکانه های عصبی تحت تأثیر قرار گرفته است اخیراتغییر قابل توجه تا همین اواخر، دیدگاه های برنشتاین بر علم غالب بود.

مغز انسان بدون شک بالاترین دستاوردطبیعت یک کیلوگرم بافت عصبی حاوی ذات کل فرد است که از تنظیم عملکردهای حیاتی - کار قلب، ریه ها، دستگاه گوارش، کبد - شروع می شود و به دنیای معنوی او ختم می شود. در اینجا توانایی های تفکر ما، کل درک ما از جهان، حافظه، عقل، خودآگاهی ما، "من" ما وجود دارد. دانستن مکانیسم‌های عملکرد مغز، شناخت خود است.

هدف عالی و وسوسه انگیز است، اما موضوع تحقیق فوق العاده پیچیده است. به شوخی، این کیلوگرم پارچه نشان دهنده پیچیده ترین سیستمارتباط بین ده ها میلیارد سلول عصبی

با این حال، اولین قدم مهم برای درک نحوه عملکرد مغز قبلا برداشته شده است. ممکن است یکی از ساده ترین ها باشد، اما برای هر چیزی که در ادامه می آید بسیار مهم است.

منظور من مطالعه مکانیسم انتقال تکانه های عصبی است - سیگنال هایی که در امتداد اعصاب حرکت می کنند، گویی از طریق سیم ها. این سیگنال ها الفبای مغز هستند که با کمک آنها اندام های حسی به مرکز می فرستند. سیستم عصبیارسال اطلاعات در مورد رویدادهای جهان خارج. مغز دستورات خود را به ماهیچه ها و چیزهای مختلف با تکانه های عصبی رمزگذاری می کند. اندام های داخلی. در نهایت، تک تک سلول‌های عصبی و مراکز عصبی به زبان این سیگنال‌ها صحبت می‌کنند.

سلول های عصبی - عنصر اصلی مغز - از نظر اندازه و شکل متفاوت هستند، اما در اصل آنها یک ساختار واحد دارند. هر سلول عصبی از سه بخش تشکیل شده است: یک بدن، یک رشته عصبی بلند - یک آکسون (طول آن در انسان از چند میلی متر تا یک متر متغیر است) و چندین فرآیند شاخه کوتاه - دندریت. سلول های عصبی توسط غشاء از یکدیگر جدا می شوند. اما سلول ها همچنان با یکدیگر تعامل دارند. این در محل اتصال سلول ها اتفاق می افتد. این اتصال "سیناپس" نامیده می شود. در سیناپس، آکسون یک سلول عصبی و بدن یا دندریت سلول دیگر به هم می رسند. علاوه بر این، جالب است که تحریک فقط در یک جهت قابل انتقال است: از آکسون به بدن یا دندریت، اما به هیچ وجه به عقب. سیناپس مانند کنوترون است: سیگنال ها را فقط در یک جهت ارسال می کند.

در مسئله مطالعه مکانیسم یک تکانه عصبی و انتشار آن، دو سؤال اصلی قابل تشخیص است: ماهیت هدایت یک تکانه عصبی یا تحریک در یک سلول - در امتداد یک فیبر، و مکانیسم انتقال یک تکانه عصبی. از سلولی به سلول دیگر - از طریق سیناپس ها.

ماهیت سیگنال های منتقل شده از سلولی به سلول دیگر در طول رشته های عصبی چیست؟

مردم برای مدت طولانی به این مشکل علاقه مند بوده اند. نیوتن فکر می کرد که این یک فرآیند کاملاً مکانیکی است. چه زمانی ظاهر شد نظریه الکترومغناطیسیدانشمندان به این نتیجه رسیدند که یک تکانه عصبی شبیه حرکت جریان از طریق یک هادی با سرعتی نزدیک به سرعت انتشار نوسانات الکترومغناطیسی است. سرانجام، با توسعه بیوشیمی، دیدگاهی پدیدار شد که حرکت یک تکانه عصبی انتشار در طول یک رشته عصبی یک واکنش بیوشیمیایی خاص است.

با این حال هیچ یک از این ایده ها محقق نشد.

در حال حاضر، ماهیت تکانه عصبی آشکار شده است: این یک فرآیند الکتروشیمیایی شگفت‌آور ظریف است که بر اساس حرکت یون‌ها از طریق غشای سلول است.

کار سه دانشمند سهم عمده ای در کشف این طبیعت داشت: آلن هاجکین، استاد بیوفیزیک در دانشگاه کمبریج. اندرو هاکسلی، استاد فیزیولوژی، دانشگاه لندن، و جان اکلس، استاد فیزیولوژی، دانشگاه کانبرا، استرالیا. آنها در سال 1963 جایزه نوبل پزشکی را دریافت کردند.

فیزیولوژیست معروف آلمانی برنشتاین اولین کسی بود که ماهیت الکتروشیمیایی تکانه عصبی را در آغاز این قرن مطرح کرد.

در اوایل قرن بیستم، چیزهای زیادی در مورد تحریک عصبی شناخته شده بود. دانشمندان قبلاً می دانستند که یک فیبر عصبی می تواند توسط جریان الکتریکی برانگیخته شود و تحریک همیشه در زیر کاتد - زیر منهای رخ می دهد. مشخص شد که ناحیه برانگیخته عصب نسبت به ناحیه غیر برانگیخته بار منفی دارد. مشخص شد که تکانه عصبی در هر نقطه فقط 0.001-0.002 ثانیه طول می کشد، که میزان تحریک به شدت تحریک بستگی ندارد، همانطور که حجم زنگ در آپارتمان ما به شدت فشار دادن ما بستگی ندارد. دکمه در نهایت، دانشمندان متوجه شده اند که حامل جریان الکتریکیدر بافت های زنده یون ها وجود دارد. علاوه بر این، در داخل سلول، الکترولیت اصلی نمک های پتاسیم است، و در مایع بافت - نمک های سدیم. در داخل اکثر سلول ها، غلظت یون های پتاسیم 30-50 برابر بیشتر از خون و مایع بین سلولی است که سلول ها را شستشو می دهد.

و بر اساس تمام این داده ها، برنشتاین پیشنهاد کرد که غشای سلول های عصبی و ماهیچه ای یک غشای نیمه تراوا ویژه است. فقط به یون های K + نفوذ پذیر است. برای تمام یون های دیگر، از جمله آنیون های با بار منفی در داخل سلول، مسیر بسته است. واضح است که پتاسیم، طبق قوانین انتشار، تمایل به خروج از سلول را دارد، آنیون های اضافی در سلول ظاهر می شود و اختلاف پتانسیل در دو طرف غشاء ظاهر می شود: خارج - پلاس (کاتیون های اضافی) داخل - منهای (بیش از حد آنیون). این اختلاف پتانسیل پتانسیل استراحت نامیده می شود. بنابراین، در حالت استراحت، در حالت تحریک نشده، درون سلول در مقایسه با محلول بیرونی همیشه بار منفی دارد.

برنشتاین پیشنهاد کرد که در لحظه تحریک فیبر عصبی، تغییرات ساختاری در غشای سطحی رخ می دهد، به نظر می رسد منافذ آن افزایش می یابد و به همه یون ها نفوذپذیر می شود. در این صورت طبیعتاً اختلاف پتانسیل از بین می رود. این باعث ایجاد یک سیگنال عصبی می شود.

تئوری غشایی برنشتاین به سرعت به رسمیت شناخته شد و برای بیش از 40 سال، تا اواسط قرن ما وجود داشت.

اما در اواخر دهه 30، نظریه برنشتاین با تضادهای غیر قابل حلی روبرو شد. در سال 1939 توسط آزمایش های ظریف هوچکین و هاکسلی ضربه محکمی به آن وارد شد. این دانشمندان اولین کسانی بودند که مقادیر مطلق پتانسیل غشایی یک رشته عصبی را در حالت استراحت و در هنگام تحریک اندازه گرفتند. معلوم شد که با تحریک، پتانسیل غشاء به سادگی به صفر کاهش نمی یابد، بلکه چندین ده میلی ولت از صفر عبور می کند. یعنی قسمت داخلی فیبر از منفی به مثبت تبدیل شد.

اما برای براندازی یک نظریه کافی نیست، باید آن را با نظریه دیگری جایگزین کنیم: علم خلاء را تحمل نمی کند. و هوچکین، هاکسلی، کاتز در 1949-1953 پیشنهاد می کنند نظریه جدید. به آن سدیم می گویند.

در اینجا خواننده حق دارد تعجب کند: تا کنون هیچ صحبتی در مورد سدیم نشده است. این تمام نکته است. دانشمندان با کمک اتم‌های نشان‌دار دریافته‌اند که نه تنها یون‌ها و آنیون‌های پتاسیم در انتقال تکانه‌های عصبی نقش دارند، بلکه یون‌های سدیم و کلر نیز در انتقال تکانه‌های عصبی نقش دارند.

یون های سدیم و کلر به اندازه کافی در بدن وجود دارد. علاوه بر این، سدیم در مایع بین سلولی 5 تا 10 برابر بیشتر از داخل فیبر عصبی است.

این چه معنی می تواند داشته باشد؟ دانشمندان پیشنهاد کرده اند که با تحریک، در لحظه اول، نفوذپذیری غشاء تنها به سدیم به شدت افزایش می یابد. نفوذپذیری ده ها برابر بیشتر از یون های پتاسیم می شود. و از آنجایی که سدیم در بیرون 5 تا 10 برابر بیشتر از داخل است، تمایل به ورود به فیبر عصبی دارد. و سپس داخل فیبر مثبت می شود.

و پس از مدتی - پس از تحریک - تعادل برقرار می شود: غشاء شروع به عبور یون های پتاسیم می کند. و به بیرون می روند. بنابراین، آنها بار مثبتی را که توسط یون های سدیم به فیبر وارد شده است، جبران می کنند.

رسیدن به چنین ایده هایی اصلا آسان نبود. و به این دلیل: قطر یون سدیم در محلول یک و نیم برابر بزرگتر از قطر یونهای پتاسیم و کلر است. و کاملاً نامشخص است که چگونه یک یون بزرگتر از جایی عبور می کند که یون کوچکتر نمی تواند عبور کند.

لازم بود دیدگاه در مورد مکانیسم انتقال یون از طریق غشاها به طور اساسی تغییر کند. واضح است که استدلال در مورد منافذ در غشاء به تنهایی در اینجا کافی نیست. و سپس این ایده مطرح شد که یون ها می توانند به روشی کاملاً متفاوت از غشاء عبور کنند و فعلاً با کمک متحدان مخفی - مولکول های حامل آلی ویژه ای که در خود غشاء پنهان شده اند. با کمک چنین مولکولی، یون ها می توانند از هر جایی از غشاء عبور کنند، نه فقط از طریق منافذ. علاوه بر این، این مولکول های تاکسی مسافران خود را به خوبی متمایز نمی کنند.

سپس تصویر کلی از انتشار یک تکانه عصبی به این صورت خواهد بود. در حالت استراحت، مولکول های حامل، با بار منفی، توسط پتانسیل غشا به مرز بیرونی غشاء فشار داده می شوند. بنابراین، نفوذپذیری سدیم بسیار کم است: 10-20 برابر کمتر از یون های پتاسیم. پتاسیم می تواند از طریق منافذ از غشاء عبور کند. با نزدیک شدن به موج تحریک، فشار کاهش می یابد میدان الکتریکیروی مولکول های حامل؛ آنها "غل و زنجیر" الکترواستاتیک خود را دور می اندازند و شروع به انتقال یون های سدیم به داخل سلول می کنند. این باعث کاهش بیشتر پتانسیل غشا می شود. نوعی فرآیند زنجیره ای برای شارژ مجدد غشا وجود دارد. و این روند به طور مداوم در طول رشته عصبی گسترش می یابد.

جالب اینجاست که رشته های عصبی تنها حدود 15 دقیقه در روز را صرف کار اصلی خود - هدایت تکانه های عصبی - می کنند. با این حال، فیبرها در هر ثانیه برای این کار آماده هستند: تمام عناصر فیبر عصبی بدون وقفه کار می کنند - 24 ساعت در روز. فیبرهای عصبی از این نظر شبیه به هواپیماهای رهگیر هستند که موتورهای آن به طور مداوم برای خروج فوری کار می کنند، اما خود حرکت تنها می تواند هر چند ماه یک بار انجام شود.

اکنون با نیمه اول عمل مرموز عبور یک تکانه عصبی از یک فیبر آشنا شده ایم. چگونه تحریک از سلولی به سلول دیگر از طریق اتصالات - سیناپس ها منتقل می شود؟ این سوال در آزمایش های درخشان سوم بررسی شد برنده جایزه نوبل، جان اکلس.

تحریک نمی تواند مستقیماً از انتهای عصبی یک سلول به بدن یا دندریت سلول دیگر منتقل شود. تقریباً تمام جریان از طریق شکاف سیناپسی به داخل مایع بیرونی می‌رود و بخش کوچکی از آن از طریق سیناپس وارد سلول همسایه می‌شود و قادر به ایجاد تحریک نیست. بنابراین، در ناحیه سیناپس ها، تداوم الکتریکی در انتشار تکانه عصبی مختل می شود. در اینجا، در محل اتصال دو سلول، مکانیسم کاملا متفاوتی وارد عمل می شود.

هنگامی که تحریک به انتهای سلول، محل سیناپس نزدیک می شود، آنها از نظر فیزیولوژیکی در مایع بین سلولی آزاد می شوند. مواد فعال- واسطه ها یا واسطه ها. آنها به پیوندی در انتقال اطلاعات از سلولی به سلول دیگر تبدیل می شوند. واسطه از نظر شیمیایی با سلول عصبی دوم تعامل می‌کند، نفوذپذیری یونی غشای آن را تغییر می‌دهد - گویی سوراخی را ایجاد می‌کند که یون‌های زیادی از جمله یون‌های سدیم در آن هجوم می‌آورند.

بنابراین، به لطف کار هوچکین، هاکسلی و اکلس، مهمترین حالات یک سلول عصبی - تحریک و مهار - را می توان از نظر فرآیندهای یونی، از نظر بازآرایی ساختاری و شیمیایی غشاهای سطحی توصیف کرد. بر اساس این آثار، می توان در مورد مکانیسم های احتمالی حافظه کوتاه مدت و بلندمدت، و در مورد خواص پلاستیک بافت عصبی، فرضیاتی ایجاد کرد. با این حال، این گفتگو در مورد مکانیسم های درون یک یا چند سلول است. این فقط ABC مغز است. ظاهراً مرحله بعدی، شاید بسیار دشوارتر، کشف قوانینی است که بر اساس آن فعالیت هماهنگ کننده هزاران سلول عصبی ساخته می شود، یعنی شناخت زبانی که مراکز عصبی در میان خود صحبت می کنند.

در دانش ما از نحوه عملکرد مغز، اکنون در سطح کودکی هستیم که حروف الفبا را یاد گرفته است، اما نمی داند چگونه آنها را به کلمات متصل کند. با این حال، زمان زیادی نیست که دانشمندان با استفاده از کد - اعمال اولیه بیوشیمیایی در آن اتفاق بیفتند سلول عصبی، جذاب ترین دیالوگ بین را خواهد خواند مراکز عصبیمغز

شرح دقیق تصاویر

ایده های دانشمندان در مورد مکانیسم انتقال تکانه های عصبی اخیراً دستخوش تغییرات قابل توجهی شده است. تا همین اواخر، دیدگاه های برنشتاین بر علم غالب بود. به نظر او در حالت استراحت (1) فیبر عصبی از بیرون بار مثبت و از درون منفی است. این با این واقعیت توضیح داده شد که فقط یون های پتاسیم با بار مثبت (K +) می توانند از منافذ دیواره فیبر عبور کنند. آنیون های با بار منفی بزرگ (A –) مجبور می شوند در داخل باقی بمانند و بارهای منفی زیادی ایجاد کنند. برنشتاین برانگیختگی (3) به ناپدید شدن اختلاف پتانسیل کاهش می یابد، که ناشی از این واقعیت است که اندازه منافذ افزایش می یابد، آنیون ها خارج می شوند و تعادل یونی را برابر می کنند: تعداد یون های مثبت برابر با تعداد منفی می شود. آنهایی که کار برندگان جایزه نوبل 1963 A. Hodgkin، E. Huxley و D. Eccles ایده های قبلی ما را تغییر داد. ثابت شده است که یون های سدیم مثبت (Na +)، یون های منفی کلر (Cl-) و مولکول های حامل بار منفی نیز در تحریک عصبی دخیل هستند. حالت استراحت (3) در اصل به همان روشی که قبلاً تصور می شد تشکیل می شود: بیش از حد یون های مثبت خارج از رشته عصبی است، بیش از حد یون های منفی در داخل است. با این حال، مشخص شده است که با تحریک (4)، این یکسان سازی بارها نیست، بلکه یک شارژ مجدد است: بیش از حد یون های منفی در خارج تشکیل می شود و یون های مثبت اضافی در داخل تشکیل می شود. این با این واقعیت توضیح داده می شود که مولکول های حامل هنگام تحریک، شروع به انتقال یون های مثبت سدیم از طریق دیواره می کنند. بنابراین، تکانه عصبی (5) شارژ مجدد لایه دوگانه الکتریکی است که در امتداد فیبر حرکت می کند. و از سلولی به سلول دیگر، برانگیختگی توسط نوعی ماده شیمیایی (6) منتقل می شود - یک مولکول استیل کولین، که به یون ها کمک می کند تا از دیواره فیبر عصبی همسایه عبور کنند.