الخلايا العصبية في الدماغ. الدماغ والتواصل العصبي وكفاءة الطاقة

أنسجة عصبية- العنصر الهيكلي الرئيسي للجهاز العصبي. في تكوين الأنسجة العصبيةيحتوي على خلايا عصبية متخصصة للغاية - الخلايا العصبية، و الخلايا العصبية، أداء وظائف الدعم والإفراز والحماية.

الخلايا العصبيةهي الوحدة الهيكلية والوظيفية الأساسية للنسيج العصبي. هذه الخلايا قادرة على استقبال المعلومات ومعالجتها وترميزها ونقلها وتخزينها، وإقامة اتصالات مع الخلايا الأخرى. تتمثل السمات الفريدة للخلية العصبية في القدرة على توليد تفريغات كهربائية حيوية (نبضات) ونقل المعلومات عبر العمليات من خلية إلى أخرى باستخدام نهايات متخصصة.

يتم تسهيل عمل الخلية العصبية من خلال تخليق المواد المرسلة في محورها العصبي - الناقلات العصبية: الأسيتيل كولين ، والكاتيكولامينات ، وما إلى ذلك.

عدد الخلايا العصبية في الدماغ يقترب من 10 11 . يمكن أن تحتوي الخلية العصبية الواحدة على ما يصل إلى 10000 مشبك عصبي. إذا كانت هذه العناصر تعتبر خلايا تخزين معلومات، فيمكننا أن نصل إلى نتيجة مفادها أن الجهاز العصبي يمكنه تخزين 10 19 وحدة. المعلومات، أي. قادر على احتواء كل المعرفة التي تراكمت لدى البشرية تقريبًا. لذلك فإن فكرة أن دماغ الإنسان يتذكر طوال حياته كل ما يحدث في الجسم وأثناء تواصله مع البيئة فكرة معقولة تمامًا. ومع ذلك، لا يستطيع الدماغ استخراج جميع المعلومات المخزنة فيه.

تتميز هياكل الدماغ المختلفة بأنواع معينة من التنظيم العصبي. تشكل الخلايا العصبية التي تنظم وظيفة واحدة ما يسمى بالمجموعات والمجموعات والأعمدة والنوى.

تختلف الخلايا العصبية في البنية والوظيفة.

حسب الهيكل(اعتمادًا على عدد العمليات الممتدة من جسم الخلية) تتميز أحادي القطب(بعملية واحدة)، ثنائي القطب (بعمليتين) و متعدد الأقطاب(مع العديد من العمليات) الخلايا العصبية.

بواسطة الخصائص الوظيفيةتخصيص وارد(أو دائري) الخلايا العصبية التي تحمل الإثارة من المستقبلات في، صادر, محرك, الخلايا العصبية الحركية(أو الطرد المركزي)، ينقل الإثارة من الجهاز العصبي المركزي إلى العضو المعصب، و إدراج, اتصالأو متوسطالخلايا العصبية التي تربط الخلايا العصبية الواردة والصادرة.

الخلايا العصبية الواردة أحادية القطب، وتقع أجسادها في العقد الشوكية. تكون العملية الممتدة من جسم الخلية على شكل حرف T وتنقسم إلى فرعين، أحدهما يذهب إلى الجهاز العصبي المركزي ويقوم بوظيفة محور عصبي، والآخر يقترب من المستقبلات وهو عبارة عن تغصنات طويلة.

معظم العصبونات الصادرة والوسطى متعددة الأقطاب (الشكل 1). توجد العصبونات الداخلية متعددة الأقطاب بأعداد كبيرة في القرون الظهرية للحبل الشوكي، كما توجد أيضًا في جميع الأجزاء الأخرى من الجهاز العصبي المركزي. ويمكن أيضًا أن تكون ثنائية القطب، على سبيل المثال الخلايا العصبية الشبكية، التي تحتوي على تغصنات قصيرة متفرعة ومحور عصبي طويل. تقع الخلايا العصبية الحركية بشكل رئيسي في القرون الأمامية للحبل الشوكي.

أرز. 1. تركيب الخلية العصبية:

1 - الأنابيب الدقيقة. 2 - عملية طويلة للخلية العصبية (محور عصبي)؛ 3 - الشبكة الإندوبلازمية. 4 - النواة؛ 5 - البلازما العصبية. 6 - التشعبات. 7 - الميتوكوندريا. 8 - النواة. 9 - غمد المايلين. 10- اعتراض رانفييه . 11 - نهاية المحور

الدبقية العصبية

الدبقية العصبية، أو الدبقية، هي مجموعة من العناصر الخلوية للنسيج العصبي التي تتكون من خلايا متخصصة مختلفة الأشكال.

اكتشفه ر. فيرشو وأطلق عليه اسم neuroglia، وهو ما يعني "الصمغ العصبي". تملأ الخلايا الدبقية العصبية المساحة بين الخلايا العصبية، وتشكل 40% من حجم الدماغ. الخلايا الدبقية أصغر حجمًا بمقدار 3-4 مرات من الخلايا العصبية. ويصل عددها في الجهاز العصبي المركزي للثدييات إلى 140 ملياراً. ومع تقدم العمر في دماغ الإنسان، يتناقص عدد الخلايا العصبية، ويزداد عدد الخلايا الدبقية.

لقد ثبت أن الخلايا الدبقية العصبية ترتبط بعملية التمثيل الغذائي في الأنسجة العصبية. تفرز بعض الخلايا الدبقية المواد التي تؤثر على حالة استثارة الخلايا العصبية. وقد لوحظ أنه في الحالات العقلية المختلفة يتغير إفراز هذه الخلايا. ترتبط عمليات التتبع طويلة المدى في الجهاز العصبي المركزي بالحالة الوظيفية للخلايا الدبقية العصبية.

أنواع الخلايا الدبقية

بناءً على طبيعة بنية الخلايا الدبقية وموقعها في الجهاز العصبي المركزي، فإنها تتميز بما يلي:

• الخلايا النجمية (الدبقية النجمية) ؛
• الخلايا الدبقية قليلة التغصن (قلة التغصن) ؛
• الخلايا الدبقية الصغيرة (الخلايا الدبقية الصغيرة) ؛
• خلايا شوان.

تؤدي الخلايا الدبقية وظائف داعمة وقائية للخلايا العصبية. هم جزء من الهيكل. الخلايا النجميةهي الخلايا الدبقية الأكثر عددًا، حيث تملأ الفراغات بين الخلايا العصبية وتغطيها. أنها تمنع انتشار الناقلات العصبية المنتشرة من الشق التشابكي إلى الجهاز العصبي المركزي. تحتوي الخلايا النجمية على مستقبلات للناقلات العصبية، والتي يمكن أن يسبب تنشيطها تقلبات في فرق الجهد الغشائي وتغيرات في عملية التمثيل الغذائي للخلايا النجمية.

تحيط الخلايا النجمية بإحكام بالشعيرات الدموية في الأوعية الدموية في الدماغ، وتقع بينها وبين الخلايا العصبية. وعلى هذا الأساس، يفترض أن الخلايا النجمية تلعب دورًا مهمًا في عملية التمثيل الغذائي للخلايا العصبية، تنظيم نفاذية الشعيرات الدموية لبعض المواد.

إحدى الوظائف المهمة للخلايا النجمية هي قدرتها على امتصاص أيونات K+ الزائدة، والتي يمكن أن تتراكم في الفضاء بين الخلايا أثناء النشاط العصبي العالي. في المناطق التي تكون فيها الخلايا النجمية متجاورة بإحكام، يتم تشكيل قنوات اتصال فجوية، والتي من خلالها يمكن للخلايا النجمية تبادل الأيونات الصغيرة المختلفة، وعلى وجه الخصوص، أيونات K+، مما يزيد من إمكانية امتصاصها لأيونات K+ بشكل غير منضبط في الفضاء الداخلي يؤدي إلى زيادة في استثارة الخلايا العصبية. وهكذا، فإن الخلايا النجمية، عن طريق امتصاص أيونات K+ الزائدة من السائل الخلالي، تمنع زيادة استثارة الخلايا العصبية وتشكيل بؤر زيادة نشاط الخلايا العصبية. قد يكون ظهور مثل هذه الآفات في دماغ الإنسان مصحوبًا بحقيقة أن الخلايا العصبية تولد سلسلة من النبضات العصبية، والتي تسمى التصريفات المتشنجة.

تشارك الخلايا النجمية في إزالة وتدمير الناقلات العصبية التي تدخل المساحات خارج المشبكي. وبالتالي، فإنها تمنع تراكم الناقلات العصبية في المساحات الداخلية العصبية، مما قد يؤدي إلى ضعف وظائف المخ.

يتم فصل الخلايا العصبية والخلايا النجمية عن طريق فجوات بين الخلايا تبلغ 15-20 ميكرومتر تسمى الفضاء الخلالي. تشغل المساحات الخلالية ما يصل إلى 12-14% من حجم الدماغ. من الخصائص المهمة للخلايا النجمية قدرتها على امتصاص ثاني أكسيد الكربون من السائل خارج الخلية الموجود في هذه المساحات، وبالتالي الحفاظ على استقرارها. الرقم الهيدروجيني للدماغ.

تشارك الخلايا النجمية في تكوين الواجهات بين الأنسجة العصبية وأوعية المخ والأنسجة العصبية والسحايا أثناء نمو وتطور الأنسجة العصبية.

الخلايا قليلة التغصنتتميز بوجود عدد صغير من العمليات القصيرة. واحدة من وظائفهم الرئيسية هي تشكيل غمد المايلين من الألياف العصبية داخل الجهاز العصبي المركزي. وتقع هذه الخلايا أيضًا على مقربة من أجسام الخلايا العصبية، لكن الأهمية الوظيفية لهذه الحقيقة غير معروفة.

الخلايا الدبقية الصغيرةتشكل 5-20% من العدد الإجمالي للخلايا الدبقية وتنتشر في جميع أنحاء الجهاز العصبي المركزي. لقد ثبت أن المستضدات السطحية الخاصة بها مماثلة لمستضدات وحيدات الخلية في الدم. يشير هذا إلى أصلها من الأديم المتوسط، وتغلغلها في الأنسجة العصبية أثناء التطور الجنيني والتحول اللاحق إلى خلايا دبقية صغيرة يمكن التعرف عليها شكلياً. في هذا الصدد، من المقبول عمومًا أن الوظيفة الأكثر أهمية للخلايا الدبقية الصغيرة هي حماية الدماغ. لقد ثبت أنه عند تلف الأنسجة العصبية، يزداد عدد الخلايا البلعمية فيها بسبب بلاعم الدم وتفعيل خصائص البلعمة للخلايا الدبقية الصغيرة. فهي تزيل الخلايا العصبية الميتة، والخلايا الدبقية وعناصرها الهيكلية، والجزيئات الأجنبية المبتلعة.

خلايا شوانتشكيل غمد المايلين من الألياف العصبية الطرفية خارج الجهاز العصبي المركزي. يتم لف غشاء هذه الخلية بشكل متكرر، ويمكن أن يتجاوز سمك غمد المايلين الناتج قطر الألياف العصبية. يبلغ طول الأجزاء المايلينية من الألياف العصبية 1-3 ملم. وفي الفراغات بينهما (عقد رانفييه) تبقى الألياف العصبية مغطاة فقط بغشاء سطحي له استثارة.

ومن أهم خصائص المايلين مقاومته العالية للتيار الكهربائي. ويرجع ذلك إلى المحتوى العالي من السفينغوميلين والدهون الفوسفاتية الأخرى في المايلين، مما يمنحه خصائص عزل التيار. في مناطق الألياف العصبية المغطاة بالمايلين، تكون عملية توليد النبضات العصبية مستحيلة. يتم إنشاء النبضات العصبية فقط في غشاء عقد رانفييه، مما يوفر سرعة أعلى للنبضات العصبية للألياف العصبية المايلينية مقارنة بالألياف العصبية غير المايلينية.

من المعروف أن بنية المايلين يمكن أن تتعطل بسهولة أثناء الأضرار المعدية والإقفارية والصدمات والسامة التي تلحق بالجهاز العصبي. وفي الوقت نفسه، تتطور عملية إزالة الميالين من الألياف العصبية. يتطور إزالة الميالين بشكل خاص في المرضى الذين يعانون من مرض التصلب المتعدد. نتيجة لإزالة الميالين، تنخفض سرعة النبضات العصبية على طول الألياف العصبية، وتنخفض سرعة توصيل المعلومات إلى الدماغ من المستقبلات ومن الخلايا العصبية إلى الأعضاء التنفيذية. وهذا يمكن أن يؤدي إلى اضطرابات في الحساسية الحسية، واضطرابات في الحركة، وتنظيم الأعضاء الداخلية، وغيرها من العواقب الخطيرة.

هيكل ووظيفة الخلايا العصبية

الخلايا العصبية(الخلية العصبية) هي وحدة هيكلية ووظيفية.

يضمن التركيب التشريحي وخصائص الخلية العصبية تنفيذه وظائف رئيسيه: إجراء عملية التمثيل الغذائي، والحصول على الطاقة، وإدراك الإشارات المختلفة ومعالجتها، وتشكيل الاستجابات أو المشاركة فيها، وتوليد وإجراء نبضات عصبية، ودمج الخلايا العصبية في دوائر عصبية توفر أبسط ردود الفعل المنعكسة والوظائف التكاملية العليا للدماغ.

تتكون الخلايا العصبية من جسم الخلية العصبية والعمليات - المحاور والتشعبات.

أرز. 2. هيكل الخلية العصبية

جسم الخلية العصبية

الجسم (بيريكاريون، سوما)تتم تغطية الخلية العصبية وعملياتها بغشاء عصبي. يختلف غشاء جسم الخلية عن غشاء المحور العصبي والتشعبات في محتوى المستقبلات المختلفة والوجود عليها.

يحتوي جسم الخلية العصبية على البلازما العصبية والنواة، والشبكة الإندوبلازمية الخشنة والملساء، وجهاز جولجي، والميتوكوندريا، التي يحدها الأغشية. تحتوي كروموسومات نواة العصبون على مجموعة من الجينات التي تشفر تخليق البروتينات اللازمة لتكوين بنية وتنفيذ وظائف جسم العصبون وعملياته ومشابكه العصبية. هذه هي البروتينات التي تؤدي وظائف الإنزيمات، والناقلات، والقنوات الأيونية، والمستقبلات، وما إلى ذلك. تؤدي بعض البروتينات وظائف أثناء وجودها في البلازما العصبية، والبعض الآخر - من خلال دمجها في أغشية العضيات وعمليات السوما والخلايا العصبية. يتم تسليم بعضها، على سبيل المثال، الإنزيمات اللازمة لتخليق الناقلات العصبية، إلى محطة المحور العصبي عن طريق النقل المحوري. يقوم جسم الخلية بتصنيع الببتيدات الضرورية لحياة المحاور والتشعبات (على سبيل المثال، عوامل النمو). ولذلك، عندما يتضرر جسم الخلية العصبية، تتدهور عملياتها وتدمر. إذا تم الحفاظ على جسم الخلية العصبية، ولكن العملية تضررت، يحدث ترميمها البطيء (التجديد) ويتم استعادة تعصيب العضلات أو الأعضاء المعطوبة.

موقع تخليق البروتين في أجسام الخلايا العصبية هو الشبكة الإندوبلازمية الخشنة (حبيبات تيغرويد أو أجسام نيسل) أو الريبوسومات الحرة. محتواها في الخلايا العصبية أعلى منه في الخلايا الدبقية أو خلايا الجسم الأخرى. في الشبكة الإندوبلازمية الملساء وجهاز جولجي، تكتسب البروتينات شكلها المكاني المميز، ويتم فرزها وتوجيهها إلى تيارات النقل إلى هياكل جسم الخلية، أو التشعبات أو المحور العصبي.

في العديد من الميتوكوندريا في الخلايا العصبية، نتيجة لعمليات الفسفرة التأكسدية، يتم تشكيل ATP، والتي تستخدم طاقتها للحفاظ على حياة الخلية العصبية، وتشغيل مضخات الأيونات والحفاظ على عدم تناسق تركيزات الأيونات على جانبي الغشاء . وبالتالي، تكون الخلية العصبية في استعداد دائم ليس فقط لإدراك الإشارات المختلفة، ولكن أيضًا للرد عليها - مما يؤدي إلى توليد نبضات عصبية واستخدامها للتحكم في وظائف الخلايا الأخرى.

تشارك المستقبلات الجزيئية لغشاء جسم الخلية، والمستقبلات الحسية التي تتكون من التشعبات، والخلايا الحساسة ذات الأصل الظهاري في الآليات التي تستقبل بها الخلايا العصبية الإشارات المختلفة. يمكن للإشارات الصادرة عن الخلايا العصبية الأخرى أن تصل إلى العصبون من خلال العديد من المشابك العصبية المتكونة على التشعبات أو الهلام الخاص بالخلية العصبية.

التشعبات من الخلية العصبية

التشعباتتشكل الخلايا العصبية شجرة شجرية، تعتمد طبيعة التفرع وحجمها على عدد الاتصالات المتشابكة مع الخلايا العصبية الأخرى (الشكل 3). تحتوي التشعبات العصبية للخلية العصبية على آلاف المشابك العصبية التي تشكلها المحاور أو التشعبات الخاصة بالخلايا العصبية الأخرى.

أرز. 3. الاتصالات المتشابكة للعصبون البيني. تُظهر الأسهم الموجودة على اليسار وصول الإشارات الواردة إلى التشعبات وجسم العصبون البيني، على اليمين - اتجاه انتشار الإشارات الصادرة من العصبون البيني إلى الخلايا العصبية الأخرى

يمكن أن تكون المشابك العصبية غير متجانسة سواء في الوظيفة (المثبطة أو المثيرة) أو في نوع الناقل العصبي المستخدم. غشاء التشعبات المشاركة في تكوين المشابك العصبية هو غشاء ما بعد المشبكي، الذي يحتوي على مستقبلات (قنوات أيونية ذات بوابات ليجند) للناقل العصبي المستخدم في مشبك تشابكي معين.

تقع المشابك العصبية الاستثارية (الجلوتاماتية) بشكل رئيسي على سطح التشعبات، حيث توجد ارتفاعات أو نتوءات (1-2 ميكرومتر)، تسمى أشواك.يحتوي غشاء العمود الفقري على قنوات تعتمد نفاذيتها على فرق الجهد عبر الغشاء. توجد رسل ثانوية لنقل الإشارات داخل الخلايا، وكذلك الريبوسومات التي يتم تصنيع البروتين عليها استجابةً لاستقبال الإشارات المتشابكة، في سيتوبلازم التشعبات في منطقة العمود الفقري. لا يزال الدور الدقيق للأشواك غير معروف، ولكن من الواضح أنها تزيد من مساحة سطح الشجرة التغصنية لتشكيل المشابك العصبية. الأشواك هي أيضًا هياكل عصبية لتلقي إشارات الإدخال ومعالجتها. تضمن التشعبات والأشواك نقل المعلومات من المحيط إلى جسم العصبون. يتم استقطاب الغشاء التشعبي المنحرف بسبب التوزيع غير المتماثل للأيونات المعدنية وتشغيل المضخات الأيونية ووجود القنوات الأيونية فيه. تكمن هذه الخصائص في أساس نقل المعلومات عبر الغشاء في شكل تيارات دائرية محلية (إلكترونيًا) تنشأ بين الأغشية بعد المشبكية والمناطق المجاورة للغشاء التشعبي.

عندما تنتشر التيارات المحلية على طول الغشاء التشعبي، فإنها تضعف، ولكنها كافية من حيث الحجم لنقل الإشارات الواردة من خلال المدخلات المتشابكة إلى التشعبات إلى غشاء جسم العصبون. لم يتم بعد تحديد قنوات الصوديوم والبوتاسيوم ذات الجهد الكهربي في الغشاء التغصني. ليس لديها الإثارة والقدرة على توليد إمكانات العمل. ومع ذلك، فمن المعروف أن إمكانات العمل الناشئة على غشاء الرابية المحورية يمكن أن تنتشر على طوله. آلية هذه الظاهرة غير معروفة.

من المفترض أن التشعبات والأشواك هي جزء من الهياكل العصبية المشاركة في آليات الذاكرة. يكون عدد الأشواك مرتفعًا بشكل خاص في التشعبات العصبية في قشرة المخيخ والعقد القاعدية والقشرة الدماغية. تقل مساحة الشجرة التغصنية وعدد المشابك العصبية في بعض مجالات القشرة الدماغية لدى كبار السن.

محور عصبي

محور عصبي -عملية تحدث في الخلية العصبية ولا توجد في خلايا أخرى. على عكس التشعبات، التي يختلف عددها لكل خلية عصبية، تحتوي جميع الخلايا العصبية على محور عصبي واحد. يمكن أن يصل طوله إلى 1.5 متر. عند النقطة التي يخرج فيها المحور العصبي من جسم العصبون، توجد سماكة - تلة محورية، مغطاة بغشاء بلازمي، وسرعان ما يتم تغطيتها بالمايلين. يسمى الجزء من الرابية المحورية غير المغطى بالمايلين بالجزء الأولي. محاور الخلايا العصبية، حتى فروعها الطرفية، مغطاة بغمد المايلين، تتخللها عقد رانفييه - مناطق مجهرية غير ميالينية (حوالي 1 ميكرومتر).

على كامل طول المحور العصبي (الألياف المايلينية وغير المايلينية) يتم تغطيته بغشاء فسفوليبيد ثنائي الطبقة مع جزيئات بروتينية مدمجة تؤدي وظائف النقل الأيوني، والقنوات الأيونية المعتمدة على الجهد، وما إلى ذلك. ويتم توزيع البروتينات بالتساوي في الغشاء من الألياف العصبية غير المايلينية، وفي غشاء الألياف العصبية المايلينية تقع بشكل رئيسي في منطقة اعتراضات رانفييه. نظرًا لأن المحور المحوري لا يحتوي على شبكة خشنة وريبوسومات، فمن الواضح أن هذه البروتينات يتم تصنيعها في جسم العصبون ويتم توصيلها إلى غشاء المحور العصبي عبر النقل المحوري.

خصائص الغشاء الذي يغطي الجسم ومحور العصبون، مختلفة. يتعلق هذا الاختلاف في المقام الأول بنفاذية الغشاء للأيونات المعدنية ويرجع إلى محتوى الأنواع المختلفة. إذا كان محتوى القنوات الأيونية ذات البوابات الليجندية (بما في ذلك أغشية ما بعد المشبكي) هو السائد في غشاء الجسم العصبي والتشعبات، ففي غشاء المحور العصبي، خاصة في منطقة عقد رانفييه، توجد كثافة عالية من الجهد الكهربي- قنوات الصوديوم والبوتاسيوم المسورة.

يحتوي غشاء الجزء الأولي من المحور العصبي على أقل قيمة استقطاب (حوالي 30 مللي فولت). في مناطق المحور العصبي الأكثر بعدًا عن جسم الخلية، يبلغ جهد الغشاء حوالي 70 مللي فولت. يحدد الاستقطاب المنخفض لغشاء الجزء الأولي من المحور العصبي أن غشاء العصبون في هذه المنطقة يتمتع بأكبر قدر من الإثارة. هنا يتم توزيع إمكانات ما بعد المشبكي التي تنشأ على غشاء التشعبات وجسم الخلية نتيجة لتحويل إشارات المعلومات المستلمة في الخلية العصبية عند المشابك العصبية على طول غشاء جسم الخلية العصبية بمساعدة التيارات الكهربائية الدائرية المحلية . إذا تسببت هذه التيارات في إزالة استقطاب غشاء الرابية المحورية إلى مستوى حرج (E k)، فسوف تستجيب الخلية العصبية لاستقبال الإشارات من الخلايا العصبية الأخرى عن طريق توليد إمكانات عملها (النبض العصبي). يتم بعد ذلك نقل النبض العصبي الناتج على طول المحور العصبي إلى الخلايا العصبية أو العضلية أو الغدية الأخرى.

يحتوي غشاء الجزء الأولي من المحور العصبي على أشواك تتشكل عليها المشابك العصبية المثبطة لـ GABAergic. إن تلقي الإشارات على هذا المنوال من الخلايا العصبية الأخرى يمكن أن يمنع توليد نبض عصبي.

تصنيف وأنواع الخلايا العصبية

يتم تصنيف الخلايا العصبية حسب الخصائص المورفولوجية والوظيفية.

بناءً على عدد العمليات، يتم التمييز بين الخلايا العصبية متعددة الأقطاب وثنائية القطب والكاذبة.

بناءً على طبيعة الاتصالات مع الخلايا الأخرى والوظيفة التي تؤديها، فإنها تتميز المس، أدخلو محركالخلايا العصبية. حسيوتسمى الخلايا العصبية أيضًا بالخلايا العصبية الواردة، وتسمى عملياتها بالجاذبة المركزية. تسمى الخلايا العصبية التي تؤدي وظيفة نقل الإشارات بين الخلايا العصبية مقحم، أو ترابطي.يتم تصنيف الخلايا العصبية التي تشكل محاورها العصبية نقاط اشتباك عصبي على الخلايا المستجيبة (العضلات والغدية) على أنها محرك،أو صادر، تسمى محاورها بالطرد المركزي.

الخلايا العصبية الواردة (الحساسة).إدراك المعلومات من خلال المستقبلات الحسية، وتحويلها إلى نبضات عصبية وتوصيلها إلى الدماغ والحبل الشوكي. توجد أجسام الخلايا العصبية الحسية في النخاع الشوكي والجمجمي. هذه هي الخلايا العصبية الكاذبة، التي ينشأ محورها العصبي والتغصنات من جسم العصبون معًا ثم ينفصلان. يتبع التشعبات إلى محيط الأعضاء والأنسجة كجزء من الأعصاب الحسية أو المختلطة، ويدخل المحور العصبي كجزء من الجذور الظهرية إلى القرون الظهرية للحبل الشوكي أو كجزء من الأعصاب القحفية - إلى الدماغ.

إدراج، أو النقابي والخلايا العصبيةأداء وظائف معالجة المعلومات الواردة، وعلى وجه الخصوص، ضمان إغلاق الأقواس المنعكسة. توجد أجسام الخلايا لهذه الخلايا العصبية في المادة الرمادية للدماغ والحبل الشوكي.

الخلايا العصبية الصادرةيؤدي أيضًا وظيفة معالجة المعلومات الواردة ونقل النبضات العصبية الصادرة من الدماغ والحبل الشوكي إلى خلايا الأعضاء التنفيذية (المستجيبة).

النشاط التكاملي للخلايا العصبية

تتلقى كل خلية عصبية عددًا كبيرًا من الإشارات من خلال العديد من المشابك العصبية الموجودة على تشعباتها وجسمها، وكذلك من خلال المستقبلات الجزيئية في أغشية البلازما والسيتوبلازم والنواة. تستخدم الإشارة العديد من الأنواع المختلفة من الناقلات العصبية، والمعدلات العصبية، وجزيئات الإشارة الأخرى. ومن الواضح أنه من أجل تشكيل استجابة للوصول المتزامن لإشارات متعددة، يجب أن يكون لدى الخلية العصبية القدرة على دمجها.

يتم تضمين مجموعة العمليات التي تضمن معالجة الإشارات الواردة وتشكيل استجابة الخلايا العصبية لها في المفهوم النشاط التكاملي للخلايا العصبية.

يتم تنفيذ إدراك ومعالجة الإشارات التي تدخل الخلية العصبية بمشاركة التشعبات وجسم الخلية والتل العصبية للخلية العصبية (الشكل 4).

أرز. 4. تكامل الإشارات بواسطة الخلايا العصبية.

أحد خيارات معالجتها وتكاملها (الجمع) هو التحول عند المشابك العصبية وجمع إمكانات ما بعد المشبكي على غشاء الجسم وعمليات الخلية العصبية. يتم تحويل الإشارات المستقبلة عند المشابك العصبية إلى تقلبات في فرق الجهد للغشاء بعد المشبكي (إمكانات ما بعد المشبكي). اعتمادًا على نوع المشبك العصبي، يمكن تحويل الإشارة المستقبلة إلى تغيير صغير في إزالة الاستقطاب (0.5-1.0 مللي فولت) في فرق الجهد (EPSP - يتم تصوير المشابك العصبية في المخطط على شكل دوائر ضوئية) أو فرط الاستقطاب (IPSP - المشابك العصبية في المخطط تم تصويرها على شكل دوائر سوداء). يمكن أن تصل العديد من الإشارات في وقت واحد إلى نقاط مختلفة من الخلية العصبية، حيث يتحول بعضها إلى EPSPs، والبعض الآخر إلى IPSPs.

تنتشر تذبذبات فرق الجهد هذه بمساعدة تيارات دائرية محلية على طول غشاء العصبون في اتجاه تلة المحور العصبي على شكل موجات من إزالة الاستقطاب (أبيض في الرسم البياني) وفرط الاستقطاب (أسود في الرسم البياني)، متداخلة مع بعضها البعض (رمادي). المناطق في الرسم البياني). مع تراكب السعة هذا، يتم تلخيص الموجات ذات الاتجاه الواحد، ويتم تقليل (تنعيم) الموجات ذات الاتجاهين المعاكسين. يسمى هذا الجمع الجبري لفرق الجهد عبر الغشاء التجميع المكاني(الشكل 4 و 5). يمكن أن تكون نتيجة هذا الجمع إما إزالة استقطاب غشاء الرابية المحورية وتوليد نبض عصبي (الحالتان 1 و 2 في الشكل 4)، أو فرط الاستقطاب ومنع حدوث نبض عصبي (الحالتان 3 و 4 في الشكل 4). الشكل 4).

من أجل تحويل فرق الجهد في غشاء الرابية المحورية (حوالي 30 مللي فولت) إلى E k، يجب إزالة استقطابه بمقدار 10-20 مللي فولت. سيؤدي ذلك إلى فتح قنوات الصوديوم ذات الجهد الكهربي الموجودة فيه وتوليد نبض عصبي. نظرًا لأنه عند وصول AP واحد وتحوله إلى EPSP، يمكن أن يصل استقطاب الغشاء إلى 1 مللي فولت، ويحدث كل الانتشار إلى تلة المحور العصبي مع التوهين، فإن توليد النبض العصبي يتطلب الوصول المتزامن لـ 40-80 نبضة عصبية من الخلايا العصبية الأخرى إلى الخلية العصبية من خلال المشابك العصبية المثيرة وجمع نفس العدد من EPSPs.

أرز. 5. الجمع المكاني والزماني لـ EPSPs بواسطة الخلايا العصبية. أ - EPSP لحافز واحد؛ و- EPSP للتحفيز المتعدد من مختلف العناصر؛ ج — EPSP للتحفيز المتكرر من خلال ليف عصبي واحد

إذا وصل عدد معين من النبضات العصبية في هذا الوقت إلى الخلية العصبية من خلال المشابك العصبية المثبطة، فسيكون من الممكن تنشيطها وتوليد نبضات عصبية استجابة مع زيادة استقبال الإشارات في نفس الوقت من خلال المشابك العصبية المثيرة. في ظل الظروف التي تؤدي فيها الإشارات التي تصل عبر المشابك العصبية المثبطة إلى فرط استقطاب غشاء العصبون مساويًا أو أكبر من إزالة الاستقطاب الناجم عن الإشارات القادمة عبر المشابك العصبية الاستثارية، فإن إزالة استقطاب غشاء الرابية المحورية سيكون مستحيلًا، ولن تولد الخلية العصبية نبضات عصبية وستصبح غير نشط.

تقوم الخلية العصبية أيضًا جمع الوقتتصل إشارات EPSP وIPSP إليها في وقت واحد تقريبًا (انظر الشكل 5). يمكن أيضًا تلخيص التغيرات في فرق الجهد الذي تسببه في المناطق المحيطة بالمشبك جبريًا، وهو ما يسمى الجمع المؤقت.

وبالتالي، فإن كل دفعة عصبية تولدها الخلية العصبية، وكذلك فترة صمت الخلية العصبية، تحتوي على معلومات تم تلقيها من العديد من الخلايا العصبية الأخرى. عادةً، كلما ارتفع تردد الإشارات التي تستقبلها الخلية العصبية من خلايا أخرى، زاد التردد الذي تولد فيه نبضات عصبية استجابة ترسلها على طول المحور العصبي إلى خلايا عصبية أو خلايا مؤثرة أخرى.

نظرًا لحقيقة وجود قنوات صوديوم (وإن كانت قليلة) في غشاء الجسم العصبي وحتى تشعباته، فإن إمكانات الفعل التي تنشأ على غشاء الرابية المحورية يمكن أن تنتشر إلى الجسم وجزء من الجسم. التشعبات من الخلايا العصبية. إن أهمية هذه الظاهرة ليست واضحة بما فيه الكفاية، ولكن من المفترض أن جهد فعل الانتشار ينعم مؤقتًا جميع التيارات المحلية الموجودة على الغشاء، ويعيد ضبط الإمكانات ويساهم في إدراك أكثر كفاءة للمعلومات الجديدة بواسطة الخلية العصبية.

تشارك المستقبلات الجزيئية في تحويل وتكامل الإشارات التي تدخل الخلية العصبية. في الوقت نفسه، يمكن أن يؤدي تحفيزها بواسطة جزيئات الإشارة إلى حدوث تغييرات في حالة القنوات الأيونية (بواسطة بروتينات G، والرسل الثاني)، وتحويل الإشارات المستقبلة إلى تقلبات في فرق الجهد في غشاء العصبون، وجمع وتشكيل استجابة الخلايا العصبية في شكل توليد دفعة عصبية أو تثبيطها.

يصاحب تحويل الإشارات بواسطة المستقبلات الجزيئية الأيضية للخلية العصبية استجابتها في شكل إطلاق سلسلة من التحولات داخل الخلايا. قد تكون استجابة الخلايا العصبية في هذه الحالة تسارع عملية التمثيل الغذائي العام، وزيادة في تكوين ATP، والتي بدونها من المستحيل زيادة نشاطها الوظيفي. وباستخدام هذه الآليات، تقوم الخلية العصبية بدمج الإشارات المستقبلة لتحسين كفاءة أنشطتها.

غالبًا ما تؤدي التحولات داخل الخلايا في الخلية العصبية، والتي تبدأ بواسطة الإشارات المستقبلة، إلى زيادة تخليق جزيئات البروتين التي تؤدي وظائف المستقبلات والقنوات الأيونية والناقلات في الخلية العصبية. من خلال زيادة عددها، تتكيف الخلايا العصبية مع طبيعة الإشارات الواردة، مما يزيد من حساسيتها للإشارات الأكثر أهمية ويضعفها أمام الإشارات الأقل أهمية.

قد يكون استقبال عدد من الإشارات من قبل الخلايا العصبية مصحوبًا بالتعبير أو قمع جينات معينة، على سبيل المثال تلك التي تتحكم في تخليق المعدلات العصبية الببتيدية. نظرًا لأنه يتم تسليمها إلى أطراف محور عصبي للخلية العصبية ويتم استخدامها لتعزيز أو إضعاف عمل ناقلاتها العصبية على الخلايا العصبية الأخرى، فإن الخلية العصبية، استجابةً للإشارات التي تتلقاها، يمكن أن يكون لها، اعتمادًا على المعلومات الواردة، تأثير أقوى أو أضعف على الخلايا العصبية الأخرى التي يتحكم فيها. وبالنظر إلى أن التأثير المعدل للببتيدات العصبية يمكن أن يستمر لفترة طويلة، فإن تأثير الخلية العصبية على الخلايا العصبية الأخرى يمكن أن يستمر أيضًا لفترة طويلة.

وبالتالي، بفضل القدرة على دمج الإشارات المختلفة، يمكن للخلية العصبية الاستجابة لها بمهارة بمجموعة واسعة من الاستجابات، مما يسمح لها بالتكيف بشكل فعال مع طبيعة الإشارات الواردة واستخدامها لتنظيم وظائف الخلايا الأخرى.

الدوائر العصبية

تتفاعل الخلايا العصبية في الجهاز العصبي المركزي مع بعضها البعض، وتشكل نقاط الاشتباك العصبي المختلفة عند نقطة الاتصال. العقوبات العصبية الناتجة تزيد بشكل كبير من وظائف الجهاز العصبي. تشمل الدوائر العصبية الأكثر شيوعًا: الدوائر العصبية المحلية والهرمية والمتقاربة والمتباعدة بمدخل واحد (الشكل 6).

الدوائر العصبية المحليةتتكون من اثنين أو أكثر من الخلايا العصبية. في هذه الحالة، ستعطي إحدى الخلايا العصبية (1) ضمانها المحوري للخلية العصبية (2)، لتشكل مشبكًا عصبيًا محوريًا على جسمها، والثانية ستشكل مشبكًا عصبيًا على جسم الخلية العصبية الأولى. يمكن للشبكات العصبية المحلية أن تعمل كمصائد يمكن أن تدور فيها النبضات العصبية لفترة طويلة في دائرة مكونة من عدة خلايا عصبية.

تم عرض إمكانية التداول طويل الأمد لموجة الإثارة التي نشأت مرة واحدة (النبض العصبي) بسبب الانتقال إلى بنية الحلقة بشكل تجريبي بواسطة البروفيسور إ.أ. فيتوكين في تجارب على الحلقة العصبية لقنديل البحر.

تؤدي الدورة الدموية الدائرية للنبضات العصبية على طول الدوائر العصبية المحلية وظيفة تحويل إيقاع الإثارة، وتوفر إمكانية الإثارة على المدى الطويل بعد توقف الإشارات التي تصل إليها، وتشارك في آليات حفظ المعلومات الواردة.

يمكن للدوائر المحلية أيضًا أداء وظيفة الكبح. مثال على ذلك هو التثبيط المتكرر، والذي يتم تحقيقه في أبسط دائرة عصبية موضعية للحبل الشوكي، والتي تتكون من العصبون الحركي وخلية رينشو.

أرز. 6. أبسط الدوائر العصبية للجهاز العصبي المركزي. الوصف في النص

في هذه الحالة، ينتشر الإثارة التي تنشأ في العصبون الحركي على طول فرع المحور العصبي وينشط خلية رينشو، التي تمنع العصبون الحركي.

السلاسل المتقاربةتتشكل من عدة خلايا عصبية، على إحداها (عادةً ما تكون صادرة) تتلاقى أو تتقارب محاور عدد من الخلايا الأخرى. يتم توزيع هذه السلاسل على نطاق واسع في الجهاز العصبي المركزي. على سبيل المثال، تتلاقى محاور العديد من الخلايا العصبية في المجالات الحسية للقشرة الدماغية مع الخلايا العصبية الهرمية في القشرة الحركية الأولية. تتلاقى محاور الآلاف من العصبونات الحسية والوسطى على مستويات مختلفة من الجهاز العصبي المركزي على الخلايا العصبية الحركية للقرون البطنية للحبل الشوكي. تلعب الدوائر المتقاربة دورًا مهمًا في تكامل الإشارات بواسطة الخلايا العصبية الصادرة وتنسيق العمليات الفسيولوجية.

دوائر متباعدة المدخلات واحدةتتكون من خلية عصبية ذات محور عصبي متفرع، يشكل كل فرع من فروعه مشبكًا عصبيًا مع خلية عصبية أخرى. تؤدي هذه الدوائر وظائف نقل الإشارات في وقت واحد من خلية عصبية واحدة إلى العديد من الخلايا العصبية الأخرى. يتم تحقيق ذلك بسبب التفرع القوي (تكوين عدة آلاف من الفروع) للمحور. غالبًا ما توجد مثل هذه الخلايا العصبية في نوى التكوين الشبكي لجذع الدماغ. أنها توفر زيادة سريعة في استثارة أجزاء عديدة من الدماغ وتعبئة احتياطياتها الوظيفية.

ننطق في الحوارات عبارة "الخلايا العصبية لا تتعافى"، ونلمح للمحاور بأنه لا داعي للقلق كثيرًا. ولكن ما هو أصله؟ لأكثر من 100 عام، اعتقد العلماء أن الخلايا العصبية غير قادرة على الانقسام. ووفقاً لهذه الآراء، عندما مات، بقيت مساحة فارغة في دماغه إلى الأبد. ومن المعروف أن الإجهاد يضر بالخلايا العصبية. فماذا يحدث - كلما كنت أكثر عصبية، كلما زادت "الثقوب" الموجودة في الجهاز العصبي؟

حضانة للخلايا العصبية

إذا اختفت الخلايا العصبية من الدماغ إلى الأبد، فمن المحتمل أن الأرض لم تكن لتشهد صعود الحضارة. يفقد الإنسان موارده الخلوية قبل أن يكتسب أي مهارات. الخلايا العصبية مخلوقات "حساسة" للغاية ويمكن تدميرها بسهولة بسبب التأثيرات الضارة. تشير التقديرات إلى أننا نفقد 200 ألف خلية عصبية كل يوم. وهذا ليس كثيرًا، ولكن مع ذلك، على مر السنين، يمكن أن يؤثر النقص على الصحة إذا تبين أن الخسائر لا يمكن تعويضها. ومع ذلك، هذا لا يحدث.

كانت ملاحظة العلماء حول استحالة انقسام الخلايا العصبية صحيحة تمامًا. لكن الحقيقة هي أن الطبيعة وجدت طريقة أخرى لتعويض الخسائر. يمكن للخلايا العصبية أن تتكاثر، ولكن في ثلاثة أجزاء فقط من الدماغ، يكون أحد أكثر المراكز نشاطًا قرن آمون. ومن هناك تهاجر الخلايا ببطء إلى مناطق الدماغ التي تفتقر إليها. إن معدل تكوين الخلايا العصبية وموتها هو نفسه تقريبًا، لذلك لا يحدث أي خلل في وظائف الجهاز العصبي.

من لديه المزيد؟

يختلف مقدار فقدان الخلايا العصبية بشكل كبير مع تقدم العمر. ربما يكون من المنطقي الافتراض أنه كلما زاد عمر الشخص، كلما زادت الخسائر العصبية التي لا رجعة فيها. ومع ذلك، يفقد الأطفال الصغار معظم الخلايا العصبية. لقد ولدنا بكمية كبيرة من الخلايا العصبية، وفي أول 3-4 سنوات يتخلص الدماغ من الفائض. هناك ما يقرب من 70٪ أقل من الخلايا العصبية. ومع ذلك، فإن الأطفال لا يصبحون أغبياء على الإطلاق، بل على العكس من ذلك، يكتسبون الخبرة والمعرفة. مثل هذه الخسارة هي عملية فسيولوجية؛ يتم تعويض موت الخلايا العصبية من خلال تكوين روابط بينها.

عند كبار السن، لا يتم تعويض فقدان الخلايا العصبية بشكل كامل، حتى من خلال تكوين روابط جديدة بين الخلايا العصبية.

الأمر لا يتعلق فقط بالكمية

بالإضافة إلى استعادة أرقام الخلايا، يتمتع الدماغ بقدرة مذهلة أخرى. إذا فقدت خلية عصبية ولم يشغل مكانها لسبب ما، فيمكن للجيران أن يتولىوا وظائفها من خلال تعزيز الاتصالات مع بعضهم البعض. لقد تم تطوير قدرة الدماغ هذه بحيث أنه حتى بعد تلف شديد في الدماغ، يمكن للشخص أن يتعافى بنجاح. على سبيل المثال، بعد السكتة الدماغية، عندما تموت الخلايا العصبية في منطقة كاملة من الدماغ، يبدأ الناس في المشي والتحدث.

ضرب الحصين

مع العديد من الآثار الضارة وأمراض الجهاز العصبي، يتم تقليل الوظيفة التصالحية للحصين، مما يؤدي إلى انخفاض في الخلايا العصبية في أنسجة المخ. على سبيل المثال، يؤدي شرب الكحول بانتظام إلى إبطاء تكاثر الخلايا العصبية الشابة في هذا الجزء من الدماغ. مع "التجربة الكحولية" الطويلة، تنخفض قدرات الدماغ على التعافي، مما يؤثر على الحالة الذهنية لمدمن الكحول. ومع ذلك، إذا توقفت عن استخدامه في الوقت المناسب، فسوف تتعافى الأنسجة العصبية.

ولكن ليست كل العمليات قابلة للعكس. في مرض الزهايمريصبح الحُصين مستنزفًا ويتوقف عن أداء وظائفه على أكمل وجه. مع هذا المرض، لا تموت الخلايا العصبية بشكل أسرع فحسب، بل تصبح خسائرها لا يمكن تعويضها.

لكن الإجهاد الحاد مفيد لأنه يحرك الدماغ. شيء آخر - الإجهاد مزمن.ولا يزال من الممكن استبدال الخلايا العصبية التي يقتلها بالحصين، لكن عملية التعافي تكون أبطأ بشكل ملحوظ. إذا كانت الظروف العصيبة قوية وطويلة الأمد، فقد تصبح التغييرات لا رجعة فيها.

بالإضافة إلى إبطاء عملية تكوين الخلايا العصبية، فإن التوتر يضعف قدرة الخلايا العصبية على تكوين اتصالات مع بعضها البعض.

حافظ على شباب عقلك

إحدى الخصائص الرئيسية للدماغ الشاب هي القدرة على استعادة وظائفه والحفاظ عليها. متى وإلى أي مدى يتم تعطيل الاستبدال المتناغم للخلايا العصبية المميزة للشباب، يعتمد على العديد من العوامل. فبعضها خارج عن إرادتنا، على سبيل المثال، حتى نتمكن من خداع الخصائص الجينية. هناك أشخاص تكون وظيفة إصلاح الخلايا العصبية لديهم أكثر حساسية للتأثيرات الضارة الخارجية. ومع ذلك، يمكن للجميع خلق ظروف أكثر راحة لعقلهم.

ماذا يمكن ان يفعل:

1. الحد الأدنى من التوتر.وبطبيعة الحال، لا يمكنك الهروب من كل المشاكل، خاصة وأن هناك مواقف يستحيل الهروب منها في فترة زمنية محددة. ومع ذلك، يجب على الجميع الحرص على تقليل التوتر وبالتالي منع حدوث تغييرات لا رجعة فيها في الحصين.
عندما يتحرك الإنسان، ينتج دماغه مادة لها تأثير تصالحي قوي على الأنسجة العصبية. يخلق النشاط البدني المنتظم ظروفًا مواتية جدًا لعمليات التعافي في الدماغ.
2. مهارات جديدة.يبدأ الحصين بإنتاج خلايا عصبية شابة إذا كانت هناك حاجة لذلك. عندما يتعلم الشخص أو يتقن نشاطًا جديدًا، يحتاج الدماغ إلى "احتياطيات عصبية" كبيرة. تندفع قوى إضافية إلى المنطقة المسؤولة عن تطوير المهارة، وتبدأ روابط جديدة بين الخلايا العصبية بالتشكل هناك. لهذا السبب، يُنصح دائمًا بممارسة هواية وتجربة شيء جديد. إن دماغ مثل هذا الشخص مشغول دائمًا بالعمل ويستعيد نفسه بشكل أكثر نشاطًا.

ناتاليا ستيلسون

الصورة thinkstockphotos.com

لقد كتبت جبال من الأدب عن إمكانياتنا التي لا تنضب. إنه قادر على معالجة كمية هائلة من المعلومات التي لا تستطيع حتى أجهزة الكمبيوتر الحديثة التعامل معها. علاوة على ذلك، يعمل الدماغ في الظروف العادية دون انقطاع لمدة 70-80 سنة أو أكثر. وكل عام تزداد مدة حياته، وبالتالي حياة الإنسان.

يتم ضمان الأداء الفعال لهذا العضو المهم والغامض إلى حد كبير من خلال نوعين من الخلايا: الخلايا العصبية والخلايا الدبقية. إنها الخلايا العصبية المسؤولة عن تلقي ومعالجة المعلومات، و.

يمكنك غالبًا أن تسمع أن ذكاء الشخص مضمون بوجود المادة الرمادية. ما هي هذه المادة ولماذا لونها رمادي؟ هذا هو لون القشرة الدماغية التي تتكون من خلايا مجهرية. هذه هي الخلايا العصبية أو الخلايا العصبية التي تضمن عمل دماغنا والتحكم في جسم الإنسان بأكمله.

كيف تعمل الخلية العصبية؟

تتكون الخلية العصبية، مثل أي خلية حية، من نواة وجسم خلية يسمى السوما. حجم الخلية نفسها مجهري - من 3 إلى 100 ميكرون. ومع ذلك، فإن هذا لا يمنع الخلية العصبية من أن تكون مستودعًا حقيقيًا للمعلومات المختلفة. تحتوي كل خلية عصبية على مجموعة كاملة من الجينات - تعليمات لإنتاج البروتينات. تشارك بعض البروتينات في نقل المعلومات، والبعض الآخر ينشئ غلافًا واقيًا حول الخلية نفسها، والبعض الآخر يشارك في عمليات الذاكرة، والبعض الآخر يوفر تغييرات في الحالة المزاجية، وما إلى ذلك.

حتى حدوث خلل بسيط في أحد برامج إنتاج بروتين معين يمكن أن يؤدي إلى عواقب وخيمة، مثل المرض، والضعف العقلي، والخرف، وما إلى ذلك.

كل خلية عصبية محاطة بغمد واقي من الخلايا الدبقية؛ وهي تملأ فعليًا كامل المساحة بين الخلايا وتشكل 40٪ من مادة الدماغ. تؤدي الخلايا الدبقية أو مجموعة من الخلايا الدبقية وظائف مهمة للغاية: فهي تحمي الخلايا العصبية من التأثيرات الخارجية غير المواتية، وتزود الخلايا العصبية بالمواد المغذية وتزيل فضلاتها.

تحمي الخلايا الدبقية صحة وسلامة الخلايا العصبية، وبالتالي تمنع العديد من المواد الكيميائية الأجنبية من دخول الخلايا العصبية. بما في ذلك الأدوية. ولذلك، فإن فعالية الأدوية المختلفة المصممة لتعزيز نشاط الدماغ لا يمكن التنبؤ بها تمامًا، كما أنها تؤثر على كل شخص بشكل مختلف.

التشعبات والمحاور

على الرغم من تعقيد الخلية العصبية، إلا أنها في حد ذاتها لا تلعب دورا هاما في عمل الدماغ. إن نشاطنا العصبي، بما في ذلك النشاط العقلي، هو نتيجة تفاعل العديد من الخلايا العصبية التي تتبادل الإشارات. يتم استقبال ونقل هذه الإشارات، أو بالأحرى، النبضات الكهربائية الضعيفة، بمساعدة الألياف العصبية.

تحتوي الخلية العصبية على عدة ألياف عصبية قصيرة (حوالي 1 مم) متفرعة - التشعبات، سميت بهذا الاسم بسبب تشابهها مع الشجرة. التشعبات مسؤولة عن استقبال الإشارات من الخلايا العصبية الأخرى. ويعمل المحور العصبي كجهاز إرسال للإشارة. تحتوي الخلية العصبية على ليف واحد فقط، ولكن يمكن أن يصل طولها إلى 1.5 متر. من خلال الاتصال بمساعدة المحاور والتشعبات، تشكل الخلايا العصبية شبكات عصبية كاملة. وكلما كان نظام العلاقات أكثر تعقيدا، كلما كان نشاطنا العقلي أكثر تعقيدا.

عملية الخلايا العصبية

يعتمد النشاط الأكثر تعقيدًا لجهازنا العصبي على تبادل النبضات الكهربائية الضعيفة بين الخلايا العصبية. لكن المشكلة هي أنه في البداية لا يكون محور عصبي لخلية عصبية واحدة والتشعبات لخلية عصبية أخرى؛ بينهما مساحة مليئة بمادة بين الخلايا. وهذا ما يسمى بالشق التشابكي، ولا يمكن للإشارة عبوره. تخيل أن شخصين يتواصلان مع بعضهما البعض وبالكاد يصلان إلى بعضهما البعض.

يتم حل هذه المشكلة بسهولة عن طريق الخلايا العصبية. تحت تأثير تيار كهربائي ضعيف، يحدث تفاعل كهروكيميائي ويتشكل جزيء بروتين، وهو ناقل عصبي. يحجب هذا الجزيء الشق التشابكي، ليصبح بمثابة جسر لمرور الإشارة. تؤدي الناقلات العصبية أيضًا وظيفة أخرى - فهي تربط الخلايا العصبية، وكلما مرت الإشارة في كثير من الأحيان على طول هذه السلسلة العصبية، كلما كان هذا الاتصال أقوى. تخيل فورد عبر النهر. يمشي الشخص على طوله بحجر في الماء، ثم يفعل كل مسافر لاحق الشيء نفسه. والنتيجة هي تحول قوي وموثوق.

يُطلق على هذا الاتصال بين الخلايا العصبية اسم المشبك العصبي، ويلعب دورًا مهمًا في نشاط الدماغ. ويعتقد أنه حتى ذاكرتنا هي نتيجة العمل. توفر هذه الاتصالات سرعة عالية لمرور النبضات العصبية - تتحرك الإشارة على طول سلسلة الخلايا العصبية بسرعة 360 كم / ساعة أو 100 م / ثانية. يمكنك حساب المدة التي تستغرقها الإشارة من إصبعك الذي وخزته بإبرة عن طريق الخطأ للوصول إلى دماغك. هناك لغز قديم: "ما هو أسرع شيء في العالم؟" الجواب: "الفكر". وقد تم ملاحظة ذلك بدقة شديدة.

أنواع الخلايا العصبية

لا توجد الخلايا العصبية في الدماغ فقط، حيث تتفاعل لتشكل الجهاز العصبي المركزي. توجد الخلايا العصبية في جميع أعضاء الجسم، في العضلات والأربطة الموجودة على سطح الجلد. يوجد الكثير منهم بشكل خاص في المستقبلات، أي الأعضاء الحسية. الشبكة الواسعة من الخلايا العصبية التي تتخلل جسم الإنسان بأكمله هي الجهاز العصبي المحيطي، الذي يؤدي وظائف لا تقل أهمية عن الوظيفة المركزية. تنقسم المجموعة الكاملة للخلايا العصبية إلى ثلاث مجموعات رئيسية:

• تتلقى الخلايا العصبية المؤثرة المعلومات من الأعضاء الحسية وتوصيلها إلى الدماغ على شكل نبضات على طول الألياف العصبية. تحتوي هذه الخلايا العصبية على أطول محاور عصبية، حيث يقع جسمها في الجزء المقابل من الدماغ. هناك تخصص صارم، والإشارات الصوتية تصل حصريًا إلى الجزء السمعي من الدماغ، والروائح - إلى الجزء الشمي، والإشارات الضوئية - إلى الجزء البصري، وما إلى ذلك.
• تقوم الخلايا العصبية المتوسطة أو البينية بمعالجة المعلومات الواردة من المؤثرين. بعد تقييم المعلومات، ترسل العصبونات الداخلية أوامر إلى الأعضاء الحسية والعضلات الموجودة في محيط الجسم.
• تنقل الخلايا العصبية الصادرة أو المؤثرة هذا الأمر من الخلايا العصبية المتوسطة على شكل دفعة عصبية إلى الأعضاء والعضلات وما إلى ذلك.

الأكثر تعقيدًا والأقل فهمًا هو عمل العصبونات البينية. فهي مسؤولة ليس فقط عن ردود الفعل الانعكاسية، مثل سحب يدك من مقلاة ساخنة أو الوميض عندما يومض الضوء. توفر هذه الخلايا العصبية عمليات عقلية معقدة مثل التفكير والخيال والإبداع. وكيف يتحول التبادل الفوري للنبضات العصبية بين الخلايا العصبية إلى صور حية وقصص رائعة واكتشافات رائعة ومجرد أفكار حول يوم الاثنين الصعب؟ هذا هو اللغز الرئيسي للدماغ الذي لم يقترب العلماء من حله بعد.

الشيء الوحيد الذي تم اكتشافه هو أن أنواعًا مختلفة من النشاط العقلي ترتبط بنشاط مجموعات مختلفة من الخلايا العصبية. أحلام المستقبل، وحفظ قصيدة، وإدراك شخص عزيز، والتفكير في المشتريات - كل هذا ينعكس في دماغنا على شكل رشقات نارية من نشاط الخلايا العصبية في نقاط مختلفة في القشرة الدماغية.

وظائف الخلايا العصبية

وبالنظر إلى أن الخلايا العصبية هي المسؤولة عن عمل جميع أجهزة الجسم، فإن وظائف الخلايا العصبية يجب أن تكون متنوعة للغاية. علاوة على ذلك، لم يتم توضيحها جميعها بشكل كامل بعد. ومن بين التصنيفات العديدة المختلفة لهذه الوظائف، سنختار التصنيف الأكثر قابلية للفهم والأقرب إلى مشاكل علم النفس.

وظيفة نقل المعلومات

هذه هي الوظيفة الرئيسية للخلايا العصبية، والتي ترتبط بها الخلايا العصبية الأخرى، على الرغم من أنها لا تقل أهمية. هذه الوظيفة نفسها هي أيضًا الأكثر دراسة. تدخل جميع الإشارات الخارجية التي تتلقاها الأعضاء إلى الدماغ، حيث تتم معالجتها. وبعد ذلك، نتيجة لردود الفعل في شكل أوامر نبضية، يتم نقلها على طول الألياف العصبية الصادرة إلى الحواس والعضلات وما إلى ذلك.

يحدث هذا التداول المستمر للمعلومات ليس فقط على مستوى الجهاز العصبي المحيطي، ولكن أيضًا في الدماغ. تشكل الاتصالات بين الخلايا العصبية التي تتبادل المعلومات شبكات عصبية معقدة بشكل لا يصدق. فقط تخيل: هناك ما لا يقل عن 30 مليار خلية عصبية في الدماغ، ويمكن أن تحتوي كل منها على ما يصل إلى 10 آلاف اتصال. في منتصف القرن العشرين، حاول علم التحكم الآلي إنشاء جهاز كمبيوتر إلكتروني يعمل على مبدأ الدماغ البشري. لكنهم فشلوا - تبين أن العمليات التي تحدث في الجهاز العصبي المركزي معقدة للغاية.

وظيفة توفير الخبرة

الخلايا العصبية هي المسؤولة عما نسميه الذاكرة. بتعبير أدق، كما وجد علماء الفسيولوجيا العصبية، فإن الحفاظ على آثار الإشارات التي تمر عبر الدوائر العصبية هو نوع من الآثار الجانبية لنشاط الدماغ. أساس الذاكرة هو نفس جزيئات البروتين - الناقلات العصبية، التي تنشأ كجسور متصلة بين الخلايا العصبية. ولذلك، لا يوجد جزء خاص في الدماغ مسؤول عن تخزين المعلومات. وإذا حدث تدمير للاتصالات العصبية نتيجة للإصابة أو المرض، فقد يفقد الشخص الذاكرة جزئيا.

وظيفة تكاملية

وهذا يضمن التفاعل بين أجزاء مختلفة من الدماغ. "مشاعل" فورية من الإشارات المرسلة والمستقبلة، بؤر الإثارة المتزايدة في القشرة الدماغية - وهذا هو ولادة الصور والأفكار. الروابط العصبية المعقدة التي تربط أجزاء مختلفة من القشرة الدماغية وتخترق المنطقة تحت القشرية هي نتاج نشاطنا العقلي. وكلما كثرت هذه الروابط، كلما كانت الذاكرة أفضل والتفكير أكثر إنتاجية. وهذا يعني، في جوهره، أنه كلما فكرنا أكثر، أصبحنا أكثر ذكاءً.

وظيفة إنتاج البروتين

لا يقتصر نشاط الخلايا العصبية على عمليات المعلومات. الخلايا العصبية هي مصانع البروتين الحقيقية. هذه هي نفس الناقلات العصبية التي لا تعمل فقط بمثابة "جسر" بين الخلايا العصبية، ولكنها تلعب أيضًا دورًا كبيرًا في تنظيم عمل الجسم ككل. يوجد حاليًا حوالي 80 نوعًا من مركبات البروتين هذه تؤدي وظائف مختلفة:

• النورإبينفرين، الذي يُطلق عليه أحيانًا هرمون الغضب أو. فهو يقوي الجسم ويزيد من كفاءته ويجعل القلب ينبض بشكل أسرع ويجهز الجسم للعمل الفوري لدرء الخطر.
• الدوبامين هو المنشط الرئيسي لجسمنا. فهو يشارك في تنشيط جميع الأنظمة، بما في ذلك أثناء الاستيقاظ، أثناء النشاط البدني، ويخلق مزاجًا عاطفيًا إيجابيًا، وحتى النشوة.
• السيروتونين هو أيضًا مادة "مزاج جيد"، على الرغم من أنه لا يؤثر على النشاط البدني.
• الغلوتامات هو جهاز إرسال ضروري لوظيفة الذاكرة، وبدونه يكون تخزين المعلومات على المدى الطويل مستحيلاً.
• يتحكم الأسيتيل كولين في عمليات النوم والاستيقاظ، كما أنه ضروري لتعزيز الانتباه.

تؤثر الناقلات العصبية، أو بتعبير أدق كميتها، على صحة الجسم. وإذا كانت هناك أي مشاكل في إنتاج جزيئات البروتين هذه، فقد تتطور أمراض خطيرة. على سبيل المثال، يعد نقص الدوبامين أحد أسباب مرض باركنسون، وإذا تم إنتاج الكثير من هذه المادة، يمكن أن يتطور مرض انفصام الشخصية. إذا لم يتم إنتاج كمية كافية من الأسيتيل كولين، فقد يحدث مرض الزهايمر المزعج للغاية، والذي يصاحبه الخرف.

يبدأ تكوين الخلايا العصبية الدماغية حتى قبل ولادة الشخص، وطوال فترة النمو بأكملها، يحدث التكوين النشط ومضاعفات الاتصالات العصبية. لفترة طويلة كان يعتقد أن الخلايا العصبية الجديدة لا يمكن أن تظهر عند شخص بالغ، ولكن عملية موتها أمر لا مفر منه. لذلك فإن العقل ممكن فقط بسبب تعقيد الروابط العصبية. وحتى ذلك الحين، فإنهم جميعًا محكوم عليهم بانخفاض قدراتهم العقلية.

لكن الدراسات الحديثة دحضت هذه التوقعات المتشائمة. لقد أثبت العلماء السويسريون أن هناك جزء من الدماغ مسؤول عن ولادة خلايا عصبية جديدة. هذا هو الحصين، وهو ينتج ما يصل إلى 1400 خلية عصبية جديدة كل يوم. ولا يمكننا إلا أن ندرجهم بشكل أكثر نشاطا في عمل الدماغ، وتلقي وفهم معلومات جديدة، وبالتالي إنشاء اتصالات عصبية جديدة وتعقيد الشبكة العصبية.

مع رؤيتي لكيفية عمل الدماغ وما هي الطرق الممكنة لخلق الذكاء الاصطناعي. ومنذ ذلك الحين، تم إحراز تقدم كبير. تم فهم بعض الأشياء بشكل أفضل، وبعض الأشياء تم تصميمها على الكمبيوتر. الجميل في الأمر هو أن هناك أشخاصًا متشابهين في التفكير يشاركون بنشاط في المشروع.

في هذه السلسلة من المقالات، نخطط للحديث عن مفهوم الذكاء الذي نعمل عليه حاليًا وإظهار بعض الحلول الجديدة بشكل أساسي في مجال نمذجة عمل الدماغ. ولكن لكي يكون السرد واضحا ومتسقا، فإنه لن يحتوي فقط على وصف للأفكار الجديدة، ولكن أيضا قصة عن عمل الدماغ بشكل عام. قد تبدو بعض الأمور، خاصة في البداية، بسيطة ومعروفة، لكن أنصحك بعدم تخطيها، لأنها تحدد إلى حد كبير الأدلة الإجمالية للسرد.

فهم الدماغ

تشكل الخلايا العصبية، المعروفة أيضًا باسم الخلايا العصبية، مع أليافها التي تنقل الإشارات، الجهاز العصبي. في الفقاريات، يتركز الجزء الأكبر من الخلايا العصبية في تجويف الجمجمة والقناة الشوكية. وهذا ما يسمى الجهاز العصبي المركزي. وبناء على ذلك، يتم تمييز الدماغ والحبل الشوكي كمكونات له.

يجمع الحبل الشوكي الإشارات من معظم مستقبلات الجسم وينقلها إلى الدماغ. من خلال هياكل المهاد، يتم توزيعها وإسقاطها على القشرة الدماغية.

بالإضافة إلى نصفي الكرة المخية، يقوم المخيخ، وهو في الأساس دماغ صغير مستقل، بمعالجة المعلومات أيضًا. يوفر المخيخ المهارات الحركية الدقيقة وتنسيق جميع الحركات.

توفر الرؤية والسمع والشم للدماغ دفقًا من المعلومات حول العالم الخارجي. كل عنصر من مكونات هذا التدفق، بعد أن مر عبر مساره الخاص، يتم إسقاطه أيضًا على القشرة. القشرة عبارة عن طبقة من المادة الرمادية يبلغ سمكها من 1.3 إلى 4.5 ملم، وهي تشكل السطح الخارجي للدماغ. بسبب التلافيفات التي تشكلها الطيات، يتم تعبئة اللحاء بطريقة تجعله يشغل مساحة أقل بثلاث مرات مما كان عليه عندما تم تسويته. تبلغ المساحة الإجمالية لقشرة نصف الكرة الأرضية حوالي 7000 سم مربع.

ونتيجة لذلك، يتم إسقاط جميع الإشارات على القشرة. يتم تنفيذ الإسقاط بواسطة حزم من الألياف العصبية التي تتوزع على مناطق محدودة من القشرة. المنطقة التي يتم إسقاط المعلومات الخارجية أو المعلومات من أجزاء أخرى من الدماغ عليها تشكل منطقة القشرة. اعتمادًا على الإشارات التي تستقبلها هذه المنطقة، يكون لها تخصصها الخاص. هناك مناطق القشرة الحركية، والمناطق الحسية، ومناطق بروكا وفيرنيك، والمناطق البصرية، والفص القذالي، وحوالي مائة منطقة مختلفة في المجموع.

في الاتجاه الرأسي، يتم تقسيم اللحاء عادة إلى ست طبقات. ليس لهذه الطبقات حدود واضحة ويتم تحديدها من خلال هيمنة نوع أو آخر من الخلايا. في مناطق مختلفة من القشرة، يمكن التعبير عن هذه الطبقات بشكل مختلف، أقوى أو أضعف. ولكن، بشكل عام، يمكننا أن نقول أن القشرة عالمية تمامًا، ونفترض أن عمل مناطقها المختلفة يخضع لنفس المبادئ.

طبقات من اللحاء

تنتقل الإشارات عبر الألياف الواردة إلى القشرة. وتصل إلى المستويين الثالث والرابع من القشرة، حيث يتم توزيعها بين الخلايا العصبية الأقرب إلى المكان الذي دخلت فيه الألياف الواردة. تحتوي معظم الخلايا العصبية على اتصالات محورية داخل منطقتها القشرية. لكن بعض الخلايا العصبية لديها محاور عصبية تمتد إلى ما هو أبعد من ذلك. على طول هذه الألياف الصادرة، تذهب الإشارات إما خارج الدماغ، على سبيل المثال، إلى الأعضاء التنفيذية، أو يتم إسقاطها إلى أجزاء أخرى من القشرة الخاصة بها أو إلى نصف الكرة الأرضية الآخر. اعتمادًا على اتجاه إرسال الإشارة، تنقسم الألياف الصادرة عادةً إلى:

• الألياف الترابطية التي تربط مناطق فردية من القشرة في نصف الكرة الأرضية؛
• الألياف الصوارية التي تربط قشرة نصفي الكرة الأرضية.
• ألياف الإسقاط التي تربط القشرة الدماغية بنواة الأجزاء السفلية من الجهاز العصبي المركزي.

وإذا اتخذنا اتجاها عموديا على سطح القشرة، نلاحظ أن الخلايا العصبية الموجودة على طول هذا الاتجاه تستجيب لمحفزات مماثلة. عادة ما تسمى هذه المجموعات من الخلايا العصبية ذات الموقع الرأسي بالأعمدة القشرية.

يمكنك أن تتخيل القشرة الدماغية كلوحة قماشية كبيرة، مقسمة إلى مناطق منفصلة. يقوم نمط نشاط الخلايا العصبية في كل منطقة بتشفير معلومات معينة. تشكل حزم الألياف العصبية التي تتكون من محاور عصبية تمتد إلى ما وراء منطقتها القشرية نظامًا من اتصالات الإسقاط. يتم عرض معلومات معينة على كل منطقة. علاوة على ذلك، يمكن لمنطقة واحدة أن تتلقى في وقت واحد العديد من تدفقات المعلومات، والتي يمكن أن تأتي من كلا المنطقتين الخاصتين بها ومن نصف الكرة الأرضية المعاكس. يشبه كل تيار من المعلومات صورة فريدة يرسمها نشاط محاور الحزمة العصبية. يتمثل عمل منطقة منفصلة من القشرة في تلقي إسقاطات متعددة وحفظ المعلومات ومعالجتها وتشكيل صورة النشاط الخاصة بها والإسقاط الإضافي للمعلومات الناتجة عن عمل هذه المنطقة.

كمية كبيرة من الدماغ هي المادة البيضاء. يتم تشكيلها بواسطة محاور الخلايا العصبية، مما يخلق نفس مسارات الإسقاط. في الصورة أدناه، يمكن رؤية المادة البيضاء على أنها حشوة ضوئية بين القشرة والهياكل الداخلية للدماغ.

توزيع المادة البيضاء في القسم الأمامي من الدماغ

باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي الطيفي المنتشر، كان من الممكن تتبع اتجاه الألياف الفردية وبناء نموذج ثلاثي الأبعاد لاتصال المناطق القشرية (مشروع كونيكتوميكس).

تعطي الأشكال أدناه فكرة جيدة عن بنية الاتصالات (فان ج. ويدين، دوجلاس إل. روزين، روبينج وانج، جوانجبينج داي، فرزاد مرتضوي، باتريك هاجمان، جون إتش. كاس، وين-يه آي تسينج، 2012).

عرض من نصف الكرة الأيسر

عرض خلفي

رأي صحيح

بالمناسبة، في المنظر الخلفي، فإن عدم تناسق مسارات الإسقاط في نصفي الكرة الأيمن والأيسر واضح للعيان. ويحدد عدم التماثل هذا إلى حد كبير الاختلافات في الوظائف التي يكتسبها نصفا الكرة الأرضية أثناء تعلمهما.

الخلايا العصبية

أساس الدماغ هو الخلايا العصبية. وبطبيعة الحال، فإن نمذجة الدماغ باستخدام الشبكات العصبية تبدأ بالإجابة على سؤال ما هو مبدأ عمله.

يعتمد عمل الخلية العصبية الحقيقية على العمليات الكيميائية. في حالة الراحة، هناك فرق محتمل بين البيئة الداخلية والخارجية للخلية العصبية - جهد الغشاء، وهو حوالي 75 ميلي فولت. ويتكون نتيجة عمل جزيئات بروتينية خاصة تعمل كمضخات للصوديوم والبوتاسيوم. تقوم هذه المضخات، باستخدام طاقة نيوكليوتيدات ATP، بدفع أيونات البوتاسيوم إلى داخل الخلية وأيونات الصوديوم إلى خارج الخلية. وبما أن البروتين يعمل بمثابة ATPase، أي إنزيم يتحلل ATP، فإنه يسمى "ATPase الصوديوم والبوتاسيوم". ونتيجة لذلك، تتحول الخلية العصبية إلى مكثف مشحون بشحنة سالبة من الداخل وشحنة موجبة من الخارج.

مخطط الخلايا العصبية (ماريانا رويز فياريال)

سطح الخلية العصبية مغطى بعمليات متفرعة تسمى التشعبات. التشعبات مجاورة للنهايات المحورية للخلايا العصبية الأخرى. تسمى الأماكن التي يتصلون بها بالمشابك العصبية. من خلال التفاعل التشابكي، تكون الخلية العصبية قادرة على الاستجابة للإشارات الواردة، وفي ظل ظروف معينة، توليد نبضة خاصة بها، تسمى الارتفاع.

يحدث انتقال الإشارات عند نقاط الاشتباك العصبي بسبب مواد تسمى الناقلات العصبية. عندما يدخل السيال العصبي إلى المشبك على طول محور عصبي، فإنه يطلق جزيئات الناقل العصبي المميزة لهذا المشبك من حويصلات خاصة. يوجد على غشاء الخلية العصبية التي تتلقى الإشارة جزيئات بروتينية - مستقبلات. تتفاعل المستقبلات مع الناقلات العصبية.

المشبك الكيميائي

المستقبلات الموجودة في الشق التشابكي هي مستقبلات مؤينة. يؤكد هذا الاسم على أنها أيضًا قنوات أيونية قادرة على تحريك الأيونات. تعمل الناقلات العصبية على المستقبلات بطريقة تفتح قنواتها الأيونية. وفقًا لذلك، فإن الغشاء إما يزيل الاستقطاب أو مفرط الاستقطاب، اعتمادًا على القنوات المتأثرة، وبالتالي نوع المشبك العصبي. في المشابك العصبية الاستثارية، تُفتح القنوات التي تسمح للكاتيونات بدخول الخلية - ويكون الغشاء منزوع الاستقطاب. في المشابك العصبية المثبطة، تنفتح القنوات التي توصل الأنيونات، مما يؤدي إلى فرط استقطاب الغشاء.

في ظل ظروف معينة، يمكن للمشابك العصبية أن تغير حساسيتها، وهو ما يسمى اللدونة التشابكية. وهذا يؤدي إلى حقيقة أن المشابك العصبية لخلية عصبية واحدة تكتسب قابلية مختلفة للإشارات الخارجية.

وفي الوقت نفسه، تصل العديد من الإشارات إلى المشابك العصبية للخلية العصبية. تقوم المشابك العصبية المثبطة بسحب إمكانات الغشاء نحو تراكم الشحنة داخل الخلية. على العكس من ذلك، تحاول المشابك العصبية النشطة تفريغ العصبون (الشكل أدناه).

الإثارة (A) والتثبيط (B) للخلية العقدية الشبكية (Nicholls J.، Martin R.، Wallas B.، Fuchs P.، 2003)

عندما يتجاوز النشاط الإجمالي عتبة البدء، يحدث تفريغ يسمى جهد الفعل أو الارتفاع. السنبلة هي إزالة استقطاب حادة لغشاء العصبون، مما يولد نبضة كهربائية. تستغرق عملية توليد النبض بأكملها حوالي 1 مللي ثانية. علاوة على ذلك، لا تعتمد مدة الدافع ولا سعته على مدى قوة الأسباب التي تسببت فيه (انظر الشكل أدناه).

تسجيل إمكانات العمل للخلية العقدية (Nicholls J.، Martin R.، Wallas B.، Fuchs P.، 2003)

بعد الارتفاع، تضمن المضخات الأيونية إعادة امتصاص الناقل العصبي وتطهير الشق التشابكي. خلال فترة المقاومة التي تحدث بعد الارتفاع، لا تكون الخلية العصبية قادرة على توليد نبضات جديدة. تحدد مدة هذه الفترة الحد الأقصى لتردد إطلاق النار الذي تستطيع الخلية العصبية القيام به.

تسمى المسامير التي تحدث نتيجة للنشاط في المشابك العصبية مستثارة. يشفر معدل الارتفاع المستحث مدى تطابق الإشارة الواردة مع إعدادات حساسية المشابك العصبية. عندما تصل الإشارات الواردة بدقة إلى المشابك العصبية الحساسة التي تنشط الخلية العصبية، ولا يتداخل ذلك مع الإشارات التي تصل إلى المشابك المثبطة، تكون استجابة الخلية العصبية هي الحد الأقصى. تسمى الصورة التي توصف بمثل هذه الإشارات المحفز المميز للخلية العصبية.

وبطبيعة الحال، لا ينبغي المبالغة في تبسيط فكرة كيفية عمل الخلايا العصبية. يمكن نقل المعلومات بين بعض الخلايا العصبية ليس فقط عن طريق المسامير، ولكن أيضًا عن طريق القنوات التي تربط محتوياتها داخل الخلايا وتنقل الإمكانات الكهربائية مباشرة. ويسمى هذا الانتشار تدريجيًا، ويسمى الاتصال نفسه بالمشبك الكهربائي. تنقسم التشعبات، اعتمادًا على المسافة إلى جسم العصبون، إلى قريبة (قريبة) وبعيدة (بعيدة). يمكن أن تشكل التشعبات البعيدة أقسامًا تعمل كعناصر شبه مستقلة. بالإضافة إلى مسارات الإثارة المشبكية، هناك آليات خارج المشبكية تسبب طفرات استقلابية. بالإضافة إلى النشاط المستثار، هناك أيضًا نشاط عفوي. وأخيرًا، تُحاط الخلايا العصبية الدماغية بالخلايا الدبقية، والتي لها أيضًا تأثير كبير على العمليات الجارية.

لقد خلق مسار التطور الطويل العديد من الآليات التي يستخدمها الدماغ في عمله. بعضها يمكن فهمه بمفرده، ولا يصبح معنى البعض الآخر واضحًا إلا عند النظر في تفاعلات معقدة للغاية. لذلك، لا يجب أن تأخذ الوصف أعلاه للخلية العصبية على أنه شامل. للانتقال إلى نماذج أعمق، نحتاج أولاً إلى فهم الخصائص "الأساسية" للخلايا العصبية.

في عام 1952، وصف آلان لويد هودجكين وأندرو هكسلي الآليات الكهربائية التي تحدد توليد ونقل الإشارات العصبية في محور عصبي الحبار العملاق (هودجكين، 1952). والذي حصل على جائزة نوبل في الفسيولوجيا أو الطب عام 1963. يصف نموذج هودجكين-هكسلي سلوك الخلية العصبية باستخدام نظام المعادلات التفاضلية العادية. تتوافق هذه المعادلات مع عملية الموجات التلقائية في الوسط النشط. وهي تأخذ في الاعتبار العديد من المكونات، ولكل منها نظيره البيوفيزيائي الخاص به في الخلية الحقيقية (انظر الشكل أدناه). تتوافق المضخات الأيونية مع المصدر الحالي I p. تشكل الطبقة الدهنية الداخلية لغشاء الخلية مكثفًا بسعة Cm. توفر القنوات الأيونية للمستقبلات المتشابكة التوصيل الكهربائي g n، والذي يعتمد على الإشارات المقدمة، والتي تختلف مع الوقت t، والقيمة الإجمالية لجهد الغشاء V. ويخلق تيار التسرب من مسام الغشاء موصل g L. تحدث حركة الأيونات عبر القنوات الأيونية تحت تأثير التدرجات الكهروكيميائية التي تتوافق مع مصادر الجهد ذات القوى الدافعة الكهربائية E n و E L .

المكونات الرئيسية لنموذج هودجكين-هكسلي

بطبيعة الحال، عند إنشاء الشبكات العصبية، هناك رغبة في تبسيط نموذج الخلايا العصبية، ولم يتبق سوى الخصائص الأكثر أهمية فيه. النموذج المبسط الأكثر شهرة وشعبية هو الخلايا العصبية الاصطناعية McCulloch-Pitts، التي تم تطويرها في أوائل الأربعينيات (McCulloch J.، Pitts W.، 1956).


الخلايا العصبية الرسمية لمكولوتش بيتس

يتم إرسال الإشارات إلى مدخلات مثل هذه الخلايا العصبية. يتم تلخيص هذه الإشارات المرجحة. بعد ذلك، يتم تطبيق بعض وظائف التنشيط غير الخطية، على سبيل المثال، السيني، على هذه المجموعة الخطية. غالبًا ما تُستخدم الوظيفة اللوجستية كوظيفة سينية:


وظيفة لوجستية

في هذه الحالة، يتم كتابة نشاط الخلايا العصبية الرسمية على النحو التالي

ونتيجة لذلك، تتحول هذه الخلية العصبية إلى عتبة الأفعى. مع وظيفة عتبة شديدة الانحدار بما فيه الكفاية، تكون إشارة خرج الخلية العصبية إما 0 أو 1. المجموع المرجح لإشارة الدخل وأوزان الخلية العصبية هو تلافي صورتين: صورة إشارة الدخل والصورة الموصوفة بواسطة أوزان الخلية العصبية. كلما كان التطابق بين هذه الصور أكثر دقة، زادت نتيجة الالتواء. وهذا يعني أن الخلية العصبية تحدد بشكل أساسي مدى تشابه الإشارة المقدمة مع الصورة المسجلة في نقاط الاشتباك العصبي الخاصة بها. عندما تتجاوز قيمة الالتواء مستوى معينًا وتتحول وظيفة العتبة إلى مستوى معين، يمكن تفسير ذلك على أنه بيان حاسم من الخلية العصبية بأنها تعرفت على الصورة المعروضة.

الخلايا العصبية الحقيقية تشبه إلى حد ما الخلايا العصبية في ماكولوتش بيتس. ولا يعتمد مدى طفراتها على الإشارات الموجودة في المشابك العصبية التي تسببها. سبايك إما موجود أو لا. لكن الخلايا العصبية الحقيقية لا تستجيب للمثير بدفعة واحدة، بل بسلسلة من النبضات. في هذه الحالة، يكون تواتر النبضات أعلى، وكلما تم التعرف على الصورة المميزة للخلية العصبية بشكل أكثر دقة. هذا يعني أنه إذا قمنا ببناء شبكة عصبية من هذه الإضافات العتبية، فمع إشارة إدخال ثابتة، على الرغم من أنها ستعطي بعض نتائج الإخراج، فإن هذه النتيجة ستكون بعيدة عن إعادة إنتاج كيفية عمل الخلايا العصبية الحقيقية. من أجل تقريب الشبكة العصبية من النموذج البيولوجي، سنحتاج إلى محاكاة العمل في الديناميكيات، مع مراعاة معلمات الوقت وإعادة إنتاج خصائص تردد الإشارات.

ولكن يمكنك الذهاب بطريقة أخرى. على سبيل المثال، يمكننا تحديد خاصية عامة لنشاط الخلية العصبية، والتي تتوافق مع تردد نبضاتها، أي عدد الطفرات خلال فترة زمنية معينة. إذا ذهبنا إلى هذا الوصف، يمكننا أن نتخيل الخلية العصبية باعتبارها أفعى خطية بسيطة.

الأفعى الخطية

لم تعد إشارات الإخراج، وبالتالي الإدخال، لهذه الخلايا العصبية ثنائية التفرع (0 أو 1)، ولكن يتم التعبير عنها بكمية عددية معينة. ثم تتم كتابة وظيفة التنشيط كـ

لا ينبغي أن يُنظر إلى الأفعى الخطية على أنها شيء مختلف تمامًا مقارنة بالخلايا العصبية المتصاعدة؛ فهي ببساطة تسمح للشخص بالانتقال إلى فترات زمنية أطول عند تصميمها أو وصفها. وعلى الرغم من أن وصف النبضة هو أكثر صحة، إلا أن الانتقال إلى الأفعى الخطية في كثير من الحالات له ما يبرره من خلال تبسيط قوي للنموذج. علاوة على ذلك، فإن بعض الخصائص المهمة التي يصعب رؤيتها في الخلايا العصبية المتصاعدة تكون واضحة تمامًا في الأفعى الخطية.

يوتيوب الموسوعي

1 / 5

✪ المشابك الكيميائية العصبية

✪ الخلايا العصبية

✪ سر الدماغ . جزء ثان. الواقع تحت رحمة الخلايا العصبية.

✪ كيف تحفز الرياضة نمو الخلايا العصبية في الدماغ؟

✪ هيكل الخلايا العصبية

ترجمات

الآن نحن نعرف كيف تنتقل النبضات العصبية. دع كل شيء يبدأ بإثارة التشعبات، على سبيل المثال، هذا النمو للجسم العصبي. الإثارة تعني فتح القنوات الأيونية الغشائية. من خلال القنوات، تدخل الأيونات إلى الخلية أو تتدفق خارج الخلية. وهذا يمكن أن يؤدي إلى تثبيط، ولكن في حالتنا تعمل الأيونات كهربائيا. فهي تغير الجهد الكهربائي على الغشاء، وهذا التغيير في منطقة الرابية المحورية قد يكون كافياً لفتح قنوات أيونات الصوديوم. تدخل أيونات الصوديوم الخلية، وتصبح الشحنة موجبة. يؤدي هذا إلى فتح قنوات البوتاسيوم، لكن هذه الشحنة الموجبة تنشط مضخة الصوديوم التالية. تعود أيونات الصوديوم إلى الخلية، وبالتالي يتم نقل الإشارة بشكل أكبر. والسؤال هو ماذا يحدث عند تقاطع الخلايا العصبية؟ اتفقنا على أن كل شيء بدأ بإثارة التشعبات. كقاعدة عامة، مصدر الإثارة هو خلية عصبية أخرى. سوف ينقل هذا المحور أيضًا الإثارة إلى خلية أخرى. يمكن أن تكون خلية عضلية أو خلية عصبية أخرى. كيف؟ هنا محطة محور عصبي. وهنا قد يكون هناك تشعبات لخلية عصبية أخرى. هذه خلية عصبية أخرى لها محور عصبي خاص بها. التغصنات متحمس. كيف يحدث هذا؟ كيف يمكن للنبضة من محور عصبي واحد أن تنتقل إلى شجيرات أخرى؟ من الممكن الانتقال من محور عصبي إلى محور عصبي، أو من التشعبات إلى التشعبات، أو من محور عصبي إلى جسم الخلية، ولكن في أغلب الأحيان ينتقل الدافع من المحور العصبي إلى التشعبات العصبية. دعونا نلقي نظرة فاحصة. نحن مهتمون بما يحدث في جزء الصورة الذي سأضعه في إطار. تقع محطة المحور العصبي والتغصنات للخلية العصبية التالية في الإطار. إذن هذه هي المحطة المحورية. انها تبدو شيئا من هذا القبيل تحت التكبير. هذه هي المحطة المحورية. هذا هو محتواه الداخلي، وبجانبه التغصنات من الخلايا العصبية المجاورة. هذا هو الشكل الذي تبدو عليه التغصنات العصبية للخلية العصبية المجاورة عند التكبير. هذا ما يوجد داخل الخلية العصبية الأولى. يتحرك جهد الفعل عبر الغشاء. أخيرًا، في مكان ما على الغشاء الطرفي للمحور العصبي، تصبح الإمكانات داخل الخلايا إيجابية بما يكفي لفتح قناة الصوديوم. إنه مغلق حتى وصول إمكانات العمل. هذه هي القناة. يسمح بدخول أيونات الصوديوم إلى الخلية. هذا هو المكان الذي يبدأ كل شيء. تغادر أيونات البوتاسيوم الخلية، ولكن طالما بقيت الشحنة الموجبة، يمكنها فتح قنوات أخرى، وليس فقط قنوات الصوديوم. توجد قنوات الكالسيوم في نهاية المحور العصبي. سأرسمه باللون الوردي. وهنا قناة الكالسيوم. عادة ما يكون مغلقًا ولا يسمح بمرور أيونات الكالسيوم ثنائية التكافؤ. هذه قناة تعتمد على الجهد. مثل قنوات الصوديوم، فإنها تنفتح عندما تصبح الإمكانات داخل الخلايا إيجابية بما فيه الكفاية، مما يسمح لأيونات الكالسيوم بالدخول إلى الخلية. تدخل أيونات الكالسيوم ثنائية التكافؤ إلى الخلية. وهذه اللحظة مفاجئة. هذه هي الكاتيونات. هناك شحنة موجبة داخل الخلية بسبب أيونات الصوديوم. كيف يصل الكالسيوم إلى هناك؟ يتم إنشاء تركيز الكالسيوم باستخدام مضخة أيون. لقد تحدثت بالفعل عن مضخة الصوديوم والبوتاسيوم، وهناك مضخة مماثلة لأيونات الكالسيوم. هذه هي جزيئات البروتين المدمجة في الغشاء. الغشاء هو فسفوليبيد. يتكون من طبقتين من الدهون الفوسفاتية. مثله. يبدو هذا أشبه بغشاء خلية حقيقي. هنا الغشاء أيضًا ذو طبقتين. وهذا واضح بالفعل، ولكنني سأوضحه في حالة حدوث ذلك. توجد أيضًا مضخات الكالسيوم هنا، والتي تعمل بشكل مشابه لمضخات الصوديوم والبوتاسيوم. تستقبل المضخة جزيء ATP وأيون الكالسيوم، وتقسم مجموعة الفوسفات من ATP وتغير شكلها، مما يدفع الكالسيوم إلى الخارج. تم تصميم المضخة لضخ الكالسيوم خارج الخلية. يستهلك طاقة ATP ويوفر تركيزًا عاليًا من أيونات الكالسيوم خارج الخلية. وفي حالة الراحة، يكون تركيز الكالسيوم في الخارج أعلى بكثير. عند حدوث جهد الفعل، تنفتح قنوات الكالسيوم وتتدفق أيونات الكالسيوم من الخارج إلى نهاية المحور العصبي. هناك، ترتبط أيونات الكالسيوم بالبروتينات. والآن دعونا نتعرف على ما يحدث في هذا المكان. لقد ذكرت بالفعل كلمة "المشبك". نقطة الاتصال بين محور عصبي والتغصنات هي المشبك. وهناك المشبك. ويمكن اعتباره المكان الذي تتصل فيه الخلايا العصبية ببعضها البعض. وتسمى هذه الخلية العصبية قبل المشبكي. سأكتبها. تحتاج إلى معرفة الشروط. قبل المشبكي. وهذا هو ما بعد المشبكي. بعد المشبكي. والمسافة بين هذا المحور والتغصنات تسمى الشق التشابكي. شق متشابك. إنها فجوة ضيقة جدًا جدًا. الآن نحن نتحدث عن المشابك الكيميائية. عادة، عندما يتحدث الناس عن المشابك العصبية، فإنهم يقصدون تلك الكيميائية. هناك أيضًا أجهزة كهربائية لكننا لن نتحدث عنها الآن. نحن نعتبر المشبك الكيميائي العادي. وفي المشبك الكيميائي، تبلغ هذه المسافة 20 نانومتر فقط. ويبلغ عرض الخلية في المتوسط ​​10 إلى 100 ميكرون. الميكرون يساوي 10 أس ستة متر. هنا 20 على 10 أس سالب تسعة. وهذه فجوة ضيقة جدًا عند مقارنة حجمها بحجم الخلية. توجد حويصلات داخل الطرف المحوري للخلية العصبية قبل المشبكي. وترتبط هذه الحويصلات بغشاء الخلية من الداخل. هذه هي الفقاعات. لديهم غشاء دهني ثنائي الطبقة خاص بهم. الفقاعات عبارة عن حاويات. يوجد الكثير منهم في هذا الجزء من الخلية. أنها تحتوي على جزيئات تسمى الناقلات العصبية. سأريهم باللون الأخضر. الناقلات العصبية داخل الحويصلات. أعتقد أن هذه الكلمة مألوفة لك. تعمل العديد من أدوية الاكتئاب والمشاكل العقلية الأخرى بشكل خاص على الناقلات العصبية. الناقلات العصبية الناقلات العصبية داخل الحويصلات. عندما تفتح قنوات الكالسيوم ذات بوابات الجهد، تدخل أيونات الكالسيوم إلى الخلية وترتبط بالبروتينات التي تحتفظ بالحويصلات. يتم الاحتفاظ بالحويصلات على الغشاء قبل المشبكي، أي هذا الجزء من الغشاء. يتم تثبيتها في مكانها بواسطة بروتينات مجموعة SNARE. بروتينات هذه العائلة هي المسؤولة عن اندماج الأغشية. هذا ما هي هذه البروتينات. ترتبط أيونات الكالسيوم بهذه البروتينات وتغير شكلها بحيث تسحب الحويصلات بالقرب من غشاء الخلية بحيث تندمج أغشية الحويصلات معها. دعونا نلقي نظرة فاحصة على هذه العملية. بعد أن يرتبط الكالسيوم ببروتينات عائلة SNARE الموجودة على غشاء الخلية، فإنها تسحب الحويصلات بالقرب من الغشاء قبل المشبكي. وهنا زجاجة. هذه هي الطريقة التي يذهب بها الغشاء قبل المشبكي. وهي متصلة ببعضها البعض عن طريق بروتينات عائلة SNARE، التي تجذب الحويصلة إلى الغشاء وتقع هنا. وكانت النتيجة اندماج الغشاء. يؤدي هذا إلى دخول الناقلات العصبية من الحويصلات إلى الشق التشابكي. هذه هي الطريقة التي يتم بها إطلاق الناقلات العصبية في الشق التشابكي. وتسمى هذه العملية خروج الخلايا. تترك الناقلات العصبية سيتوبلازم الخلية العصبية قبل المشبكي. من المحتمل أنك سمعت عن أسمائها: السيروتونين، الدوبامين، الأدرينالين، وهو هرمون وناقل عصبي. النوربينفرين هو أيضًا هرمون وناقل عصبي. ربما يكون كل منهم مألوفًا لك. يدخلون الشق التشابكي ويرتبطون بالهياكل السطحية لغشاء الخلية العصبية بعد المشبكي. الخلايا العصبية بعد المشبكي. لنفترض أنهم يرتبطون هنا، وهنا وهنا ببروتينات خاصة على سطح الغشاء، ونتيجة لذلك يتم تنشيط القنوات الأيونية. يحدث الإثارة في هذا التغصنات. لنفترض أن ارتباط الناقلات العصبية بالغشاء يؤدي إلى فتح قنوات الصوديوم. تفتح قنوات الصوديوم في الغشاء. إنهم يعتمدون على جهاز الإرسال. وبسبب فتح قنوات الصوديوم تدخل أيونات الصوديوم إلى الخلية، ويتكرر كل شيء مرة أخرى. تظهر فائض من الأيونات الموجبة في الخلية، وينتشر هذا الجهد الكهربي إلى منطقة تلة المحور العصبي، ثم إلى الخلية العصبية التالية، مما يحفزها. هكذا تحدث الامور. يمكن القيام به بشكل مختلف. لنفترض أنه بدلاً من فتح قنوات الصوديوم، ستفتح قنوات أيونات البوتاسيوم. في هذه الحالة، سوف تتدفق أيونات البوتاسيوم على طول تدرج التركيز. تغادر أيونات البوتاسيوم السيتوبلازم. سأريهم المثلثات. بسبب فقدان الأيونات الموجبة الشحنة، ينخفض ​​الجهد الإيجابي داخل الخلايا، مما يجعل من الصعب توليد جهد الفعل في الخلية. آمل أن يكون هذا واضحا. لقد بدأنا متحمسين. يتم توليد إمكانات الفعل، ويتدفق الكالسيوم، وتدخل محتويات الحويصلات إلى الشق التشابكي، وتفتح قنوات الصوديوم، ويتم تحفيز العصبون. وإذا تم فتح قنوات البوتاسيوم، سيتم تثبيط الخلية العصبية. هناك عدد كبير جدًا جدًا من المشابك العصبية. هناك تريليونات منهم. يُعتقد أن القشرة الدماغية وحدها تحتوي على ما بين 100 و500 تريليون مشبك عصبي. وهذا مجرد اللحاء! كل خلية عصبية قادرة على تشكيل العديد من المشابك العصبية. في هذه الصورة، يمكن أن تكون نقاط الاشتباك العصبي هنا، وهنا، وهنا. مئات وآلاف المشابك العصبية في كل خلية عصبية. مع خلية عصبية واحدة، أخرى، ثالثة، رابعة. عدد هائل من الاتصالات... ضخم. الآن ترى مدى تعقيد كل ما يتعلق بالعقل البشري. أتمنى أن تجد هذا مفيدا. ترجمات من قبل مجتمع Amara.org

هيكل الخلايا العصبية

جسم الخلية

يتكون جسم الخلية العصبية من البروتوبلازم (السيتوبلازم والنواة)، ويحدها من الخارج غشاء من طبقة ثنائية الدهون. تتكون الدهون من رؤوس محبة للماء وذيول كارهة للماء. يتم ترتيب الدهون بحيث تواجه ذيولها الكارهة للماء بعضها البعض لتشكل طبقة كارهة للماء. تسمح هذه الطبقة بمرور المواد القابلة للذوبان في الدهون فقط (مثل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون). توجد بروتينات على الغشاء: على شكل كريات على السطح، يمكن من خلالها ملاحظة نمو السكريات (الجليكوكالكس)، والتي بفضلها تدرك الخلية تهيجًا خارجيًا، وبروتينات متكاملة تخترق الغشاء، والتي من خلالها القنوات الأيونية تقع.

تتكون الخلية العصبية من جسم يتراوح قطره من 3 إلى 130 ميكرون. يحتوي الجسم على نواة (مع عدد كبير من المسام النووية) وعضيات (بما في ذلك ER الخام عالي التطور مع الريبوسومات النشطة، وجهاز جولجي)، بالإضافة إلى العمليات. هناك نوعان من العمليات: التشعبات والمحاور. تحتوي الخلية العصبية على هيكل خلوي متطور يخترق عملياتها. يحافظ الهيكل الخلوي على شكل الخلية؛ وتعمل خيوطه بمثابة "قضبان" لنقل العضيات والمواد المعبأة في الحويصلات الغشائية (على سبيل المثال، الناقلات العصبية). يتكون الهيكل الخلوي للخلية العصبية من ألياف ذات أقطار مختلفة: الأنابيب الدقيقة (D = 20-30 نانومتر) - تتكون من بروتين توبولين وتمتد من الخلية العصبية على طول المحور العصبي، حتى النهايات العصبية. الخيوط العصبية (D = 10 نانومتر) - مع الأنابيب الدقيقة توفر نقل المواد داخل الخلايا. الخيوط الدقيقة (D = 5 نانومتر) - تتكون من بروتينات الأكتين والميوسين، وتظهر بشكل خاص في العمليات العصبية المتنامية وفي الخلايا الدبقية العصبية. الدبقية العصبية، أو ببساطة الدبقية (من اليونانية القديمة νεῦρον - الألياف، العصب + γлία - الغراء)، هي عبارة عن مجموعة من الخلايا المساعدة للأنسجة العصبية. يشكل حوالي 40% من حجم الجهاز العصبي المركزي. ويبلغ عدد الخلايا الدبقية في المتوسط ​​10-50 مرة أكبر من الخلايا العصبية.)

تم الكشف عن جهاز اصطناعي متطور في جسم الخلية العصبية، حيث تم تلوين منطقة ER الحبيبية للخلية العصبية بشكل أساسي والمعروفة باسم "Tigroid". يخترق الغدة النخامية الأجزاء الأولية من التشعبات، ولكنه يقع على مسافة ملحوظة من بداية المحور العصبي، وهو بمثابة علامة نسيجية للمحور العصبي. تختلف الخلايا العصبية في الشكل وعدد العمليات والوظائف. اعتمادًا على الوظيفة، يتم التمييز بين الحساس والمؤثر (المحرك والإفرازي) والمقحم. تستقبل الخلايا العصبية الحسية المنبهات وتحولها إلى نبضات عصبية وتنقلها إلى الدماغ. المؤثر (من Effectus اللاتيني - الإجراء) - إنشاء وإرسال الأوامر إلى الهيئات العاملة. المقحمون - التواصل بين الخلايا العصبية الحسية والحركية، والمشاركة في معالجة المعلومات وتوليد الأوامر.

هناك فرق بين النقل المحوري التقدمي (بعيدًا عن الجسم) والنقل العكسي (باتجاه الجسم).

التشعبات ومحور عصبي

آلية خلق وتوصيل إمكانات العمل

في عام 1937، قرر جون زاكاري جونيور أن المحور العصبي العملاق للحبار يمكن استخدامه لدراسة الخواص الكهربائية للمحاور. تم اختيار محاور الحبار لأنها أكبر بكثير من المحاور البشرية. إذا قمت بإدخال قطب كهربائي داخل المحور العصبي، يمكنك قياس إمكانات الغشاء.

يحتوي الغشاء المحوري على قنوات أيونية ذات بوابات الجهد. إنها تسمح للمحور بتوليد وتوصيل إشارات كهربائية تسمى جهود الفعل على طول جسمه. يتم إنشاء هذه الإشارات ونشرها بسبب أيونات الصوديوم (Na +) المشحونة كهربائيًا والبوتاسيوم (K +) والكلور (Cl -) والكالسيوم (Ca 2+).

الضغط أو التمدد أو العوامل الكيميائية أو التغيرات في إمكانات الغشاء يمكن أن تنشط الخلايا العصبية. يحدث هذا بسبب فتح القنوات الأيونية التي تسمح للأيونات بعبور غشاء الخلية وبالتالي تغيير جهد الغشاء.

تستخدم المحاور الرقيقة طاقة ومواد أيضية أقل لإجراء جهد الفعل، لكن المحاور السميكة تسمح بإجراء الفعل بسرعة أكبر.

من أجل توصيل جهود الفعل بسرعة أكبر وبقوة أقل، يمكن للخلايا العصبية استخدام خلايا دبقية خاصة تسمى الخلايا الدبقية قليلة التغصن في الجهاز العصبي المركزي أو خلايا شوان في الجهاز العصبي المحيطي لتغطية محاورها العصبية. هذه الخلايا لا تغطي المحاور بالكامل، مما يترك فجوات على المحاور مفتوحة للمواد خارج الخلية. توجد في هذه الفجوات كثافة متزايدة للقنوات الأيونية، وتسمى بعقد رانفييه. تمر إمكانات العمل من خلالها عبر المجال الكهربائي بين الفجوات.

تصنيف

التصنيف الهيكلي

بناءً على عدد وترتيب التشعبات والمحاور العصبية، تنقسم الخلايا العصبية إلى خلايا عصبية عديمة المحاور، وخلايا عصبية أحادية القطب، وخلايا عصبية كاذبة، وخلايا عصبية ثنائية القطب، وخلايا عصبية متعددة الأقطاب (العديد من العرش الجذعية، وعادة ما تكون صادرة).

الخلايا العصبية عديمة المحاور- الخلايا الصغيرة، المتجمعة بالقرب من الحبل الشوكي في العقد الفقرية، والتي لا تحتوي على علامات تشريحية لتقسيم العمليات إلى التشعبات والمحاور العصبية. جميع عمليات الخلية متشابهة جدًا. الغرض الوظيفي للخلايا العصبية عديمة المحاور غير مفهوم جيدًا.

الخلايا العصبية أحادية القطب- خلايا عصبية ذات عملية واحدة، موجودة على سبيل المثال في النواة الحسية للعصب ثلاثي التوائم في الدماغ المتوسط. يعتقد العديد من علماء التشكل أن الخلايا العصبية أحادية القطب لا توجد في جسم البشر والفقاريات العليا.

الخلايا العصبية متعددة الأقطاب- خلايا عصبية ذات محور عصبي واحد وعدة تشعبات. يسود هذا النوع من الخلايا العصبية في الجهاز العصبي المركزي.

الخلايا العصبية الكاذبة- فريدة من نوعها. تمتد إحدى العمليات من الجسم، الذي ينقسم فورًا على شكل حرف T. يتم تغطية هذا الجهاز المفرد بأكمله بغمد المايلين وهو من الناحية الهيكلية محور عصبي، على الرغم من أن الإثارة لا تنتقل من أحد الفروع، بل إلى جسم الخلية العصبية. من الناحية الهيكلية، التشعبات هي فروع في نهاية هذه العملية (المحيطية). ومنطقة الزناد هي بداية هذا التفرع (أي أنها تقع خارج جسم الخلية). تم العثور على مثل هذه الخلايا العصبية في العقد الشوكية.

التصنيف الوظيفي

الخلايا العصبية واردة(حساسة أو حسية أو مستقبلية أو جاذبة). تشمل الخلايا العصبية من هذا النوع الخلايا الأولية للأعضاء الحسية والخلايا الكاذبة القطبية، التي تحتوي تشعباتها على نهايات حرة.

الخلايا العصبية الصادرة(المستجيب أو المحرك أو المحرك أو الطرد المركزي). تشمل الخلايا العصبية من هذا النوع الخلايا العصبية النهائية - الإنذار وقبل الأخير - غير الإنذار.

الخلايا العصبية الرابطة(مقحم أو بين العصبونات) - تتواصل مجموعة من الخلايا العصبية بين الخلايا العصبية الصادرة والواردة، وهي مقسمة إلى متطفلة وصوارية وإسقاطية.

الخلايا العصبية الإفرازية- الخلايا العصبية التي تفرز مواد نشطة للغاية (الهرمونات العصبية). لديهم مجمع جولجي متطور، وينتهي المحور العصبي عند المشابك العصبية المحورية.

التصنيف المورفولوجي

البنية المورفولوجية للخلايا العصبية متنوعة. يتم استخدام عدة مبادئ لتصنيف الخلايا العصبية:

• تأخذ في الاعتبار حجم وشكل الجسم العصبي.
• عدد وطبيعة تفرع العمليات؛
• طول محور عصبي ووجود أغلفة متخصصة.

وفقًا لشكل الخلية، يمكن أن تكون الخلايا العصبية كروية، أو حبيبية، أو نجمية، أو هرمية، أو كمثرية، أو مغزلية، أو غير منتظمة، وما إلى ذلك. ويتراوح حجم جسم الخلية العصبية من 5 ميكرومتر في الخلايا الحبيبية الصغيرة إلى 120-150 ميكرومتر في الخلايا العملاقة. الخلايا العصبية الهرمية.

بناءً على عدد العمليات، يتم تمييز الأنواع المورفولوجية التالية من الخلايا العصبية:

• الخلايا العصبية أحادية القطب (مع عملية واحدة)، موجودة، على سبيل المثال، في النواة الحسية للعصب ثلاثي التوائم في الدماغ المتوسط؛
• الخلايا الكاذبة القطبية المتجمعة بالقرب من الحبل الشوكي في العقد الفقرية.
• الخلايا العصبية ثنائية القطب (تحتوي على محور عصبي واحد وتغصن واحد)، وتقع في الأعضاء الحسية المتخصصة - شبكية العين، والظهارة الشمية والبصلة، والعقد السمعية والدهليزية؛
• الخلايا العصبية متعددة الأقطاب (تحتوي على محور عصبي واحد وعدة تشعبات)، وهي السائدة في الجهاز العصبي المركزي.

تطور ونمو الخلايا العصبية

لا تزال مسألة الانقسام العصبي مثيرة للجدل حاليًا. وفقا لإحدى النسخ، تتطور الخلية العصبية من خلية طليعية صغيرة، والتي تتوقف عن الانقسام حتى قبل أن تطلق عملياتها. يبدأ المحور العصبي بالنمو أولاً، وتتشكل التشعبات لاحقًا. في نهاية عملية نمو الخلية العصبية، تظهر سماكة تشق طريقها عبر الأنسجة المحيطة. ويسمى هذا السماكة بمخروط نمو الخلية العصبية. وهو يتألف من جزء مسطح من عملية الخلايا العصبية مع العديد من الأشواك الرفيعة. يبلغ سمك الشبيكات الصغيرة 0.1 إلى 0.2 ميكرومتر ويمكن أن يصل طولها إلى 50 ميكرومتر؛ ويبلغ عرض وطول المنطقة الواسعة والمسطحة لمخروط النمو حوالي 5 ميكرومتر، على الرغم من أن شكلها يمكن أن يختلف. الفراغات بين الأشواك الدقيقة لمخروط النمو مغطاة بغشاء مطوي. تكون المسامير الدقيقة في حركة مستمرة - بعضها يتراجع إلى مخروط النمو، والبعض الآخر يستطيل، وينحرف في اتجاهات مختلفة، ويلمس الركيزة ويمكن أن يلتصق بها.

يمتلئ مخروط النمو بحويصلات غشائية صغيرة، متصلة ببعضها البعض، ذات شكل غير منتظم. تحت المناطق المطوية من الغشاء وفي العمود الفقري توجد كتلة كثيفة من خيوط الأكتين المتشابكة. يحتوي مخروط النمو أيضًا على الميتوكوندريا والأنابيب الدقيقة والخيوط العصبية، المماثلة لتلك الموجودة في الجسم العصبي.

تتمدد الأنابيب الدقيقة والألياف العصبية بشكل رئيسي بسبب إضافة وحدات فرعية مركبة حديثًا في قاعدة عملية الخلايا العصبية. وهي تتحرك بسرعة حوالي ملليمتر واحد في اليوم، وهو ما يتوافق مع سرعة النقل المحوري البطيء في الخلية العصبية الناضجة. نظرًا لأن متوسط ​​​​سرعة تقدم مخروط النمو هو نفسه تقريبًا، فمن الممكن أنه أثناء نمو عملية الخلايا العصبية، لا يحدث تجميع ولا تدمير الأنابيب الدقيقة والألياف العصبية في نهايتها البعيدة. تتم إضافة مادة غشاء جديدة في النهاية. مخروط النمو هو منطقة للإخراج السريع والالتقام الخلوي، كما يتضح من الحويصلات العديدة الموجودة هنا. يتم نقل الحويصلات الغشائية الصغيرة على طول عملية الخلايا العصبية من جسم الخلية إلى مخروط النمو مع تيار من النقل المحوري السريع. يتم تصنيع المادة الغشائية في جسم الخلية العصبية، ويتم نقلها إلى مخروط النمو على شكل حويصلات ويتم دمجها هنا في غشاء البلازما عن طريق الإخراج الخلوي، وبالتالي إطالة عملية الخلية العصبية.

عادة ما يسبق نمو المحاور والتشعبات مرحلة من الهجرة العصبية، عندما تتفرق الخلايا العصبية غير الناضجة وتجد موطنًا دائمًا.

خصائص ووظائف الخلايا العصبية

ملكيات:

• وجود فرق الجهد عبر الغشاء(حتى 90 مللي فولت)، يكون السطح الخارجي موجبًا كهربائيًا مقارنة بالسطح الداخلي.
• حساسية عالية جداًلبعض المواد الكيميائية والتيار الكهربائي.
• القدرة على الإفراز العصبي، أي تخليق وإطلاق مواد خاصة (الناقلات العصبية) في البيئة أو الشق التشابكي.

• استهلاك عالي للطاقة، مستوى عالٍ من عمليات الطاقة، مما يتطلب تدفقًا مستمرًا لمصادر الطاقة الرئيسية - الجلوكوز والأكسجين، الضروريين للأكسدة.

المهام:

• وظيفة الاستلام(المشابك العصبية هي نقاط اتصال؛ نتلقى المعلومات على شكل نبضة من المستقبلات والخلايا العصبية).
• وظيفة تكاملية(معالجة المعلومات، ونتيجة لذلك، يتم إنشاء إشارة عند مخرج الخلية العصبية، وتحمل المعلومات من جميع الإشارات المجمعة).
• وظيفة الموصل(تتدفق المعلومات من الخلية العصبية على طول المحور العصبي في شكل تيار كهربائي إلى المشبك).
• وظيفة النقل(النبض العصبي، الذي يصل إلى نهاية محور عصبي، وهو بالفعل جزء من بنية المشبك، يؤدي إلى إطلاق وسيط - ناقل مباشر للإثارة إلى خلية عصبية أخرى أو عضو تنفيذي).

أنظر أيضا

ملحوظات

1. ويليامز آر دبليو، هيروب ك. التحكم في الخلايا العصبية عدد. (باللغة الإنجليزية) // المراجعة السنوية لعلم الأعصاب. - 1988. - المجلد. 11. - ص 423-453. - DOI:10.1146/annurev.ne.11.030188.002231. - بميد 3284447.[لتصحيح ]
2. أزيفيدو إف إيه، كارفالهو إل آر، جرينبيرج إل تي، فارفيل جيه إم، فيريتي آر إي، ليتي آر إي، جاكوب فيلهو دبليو، لينت آر، هيركولانو-هوزيل إس.الأعداد المتساوية من الخلايا العصبية وغير العصبية تشكل دماغ الإنسان ودماغًا متطورًا بشكل متساوي القياس. (باللغة الإنجليزية) // مجلة علم الأعصاب المقارن. - 2009. - المجلد. 513، لا. 5 . - ص532-541. - DOI:10.1002/cne.21974. - بميد 19226510.[لتصحيح ]
3. كاميلو جولجي (1873). "سولا ستروتورا ديلا سوستانزا جريجيا ديل سيرفيلو" . جازيتا ميديكا إيطاليانا. لومبارديا. 33 : 244–246.