حتى وقت قريب، ظل موضوع "عدد الخلايا العصبية في الدماغ البشري" محل بحث ودراسة كافية. يعتقد العلماء أن الدماغ يحتوي على حوالي 100 مليار نواة خلية، وقد تم وصف هذه المعلومات من قبل العديد من الشخصيات العلمية. تم تقديم الدليل على وجود كمية أقل بالفعل من قبل طبيبة الأعصاب البرازيلية سوزان هيركولانو هاوسز.
طريقة جديدة لحساب الخلايا العصبية
الخلايا العصبيةهي الوحدة الهيكلية والوظيفية الرئيسية 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 هي 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- مجموعة من العناصر الخلوية للنسيج العصبي، 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 استقلاب الخلايا 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، حيث يمكن للخلايا النجمية أن تتبادل الأيونات الصغيرة المختلفة، وخاصة أيونات K+، مما يزيد من إمكانية امتصاصها لأيونات K+. من شأنه أن يؤدي إلى زيادة 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. يلتف غشاء هذه الخلية حول نفسه عدة مرات، 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 - المحور العصبي 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. اتصالات متشابكة من interneuron. 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 المشبكي 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، وعند 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 الخلايا العصبية الشوكية والقحفية. هذه هي الخلايا العصبية الكاذبة، التي يمتد 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 الدماغ 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 انتشاره 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 لتحفيز متعددة من مختلف afferents؛ 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 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 الخلايا العصبية أو الخلايا المستجيبة الأخرى.
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. مثل هذه السلاسل منتشرة 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.
الاتصالات العصبية في الدماغ تدفع السلوك المعقد. الخلايا العصبية هي آلات حاسوبية صغيرة لا يمكنها ممارسة التأثير إلا عندما تكون متصلة ببعضها البعض.
لا يتطلب التحكم في أبسط عناصر السلوك (على سبيل المثال، ردود الفعل) عددًا كبيرًا من الخلايا العصبية، ولكن حتى ردود الفعل غالبًا ما تكون مصحوبة بوعي الشخص بإثارة رد الفعل. يعتمد الإدراك الواعي للمحفزات الحسية (وجميع الوظائف العليا للجهاز العصبي) على عدد كبير من الوصلات بين الخلايا العصبية.
الاتصالات العصبية تجعلنا ما نحن عليه. تؤثر جودتها على عمل الأعضاء الداخلية والقدرات الفكرية والاستقرار العاطفي.
"الأسلاك"
الوصلات العصبية للدماغ هي أسلاك الجهاز العصبي. يعتمد عمل الجهاز العصبي على قدرة الخلية العصبية على إدراك المعلومات ومعالجتها ونقلها إلى الخلايا الأخرى.
تنتقل المعلومات من خلال سلوك الإنسان ويعتمد أداء جسمه بشكل كامل على نقل واستقبال النبضات بواسطة الخلايا العصبية من خلال العمليات.
تحتوي الخلية العصبية على نوعين من العمليات: محور عصبي وتغصنات. تحتوي الخلية العصبية دائمًا على محور عصبي واحد، ومن خلاله تنقل الخلية العصبية النبضات إلى الخلايا الأخرى. يتلقى دفعة من خلال التشعبات، والتي قد يكون هناك عدة منها.
العديد من محاور الخلايا العصبية الأخرى (أحيانًا عشرات الآلاف) "متصلة" بالتشعبات. الاتصال التشعبي ومحور عصبي من خلال المشبك.
الخلايا العصبية والمشابك العصبية
الفجوة بين التشعبات والمحور العصبي هي المشبك. لأن المحور العصبي هو "مصدر" الدافع، والتغصنات هو "المستقبل"، والشق التشابكي هو موقع التفاعل: الخلية العصبية التي يأتي منها المحور العصبي تسمى قبل المشبكي؛ الخلية العصبية التي يأتي منها التشعبات هي بعد المشبكي.
يمكن أن تتشكل المشابك العصبية بين محور عصبي وجسم عصبي، وبين محورين عصبيين أو اثنين من التشعبات. يتم تشكيل العديد من الوصلات المتشابكة بواسطة العمود الفقري التغصني والمحور العصبي. الأشواك بلاستيكية للغاية، ولها أشكال عديدة، ويمكن أن تختفي وتتشكل بسرعة. إنهم حساسون للتأثيرات الكيميائية والفيزيائية (الإصابات والأمراض المعدية).
في نقاط الاشتباك العصبي، يتم نقل المعلومات في أغلب الأحيان من خلال وسطاء (مواد كيميائية). يتم إطلاق جزيئات المرسل على الخلية قبل المشبكي، وتعبر الشق المشبكي وترتبط بالمستقبلات الغشائية للخلية بعد المشبكي. يمكن للوسطاء إرسال إشارة مثيرة أو مثبطة (مثبطة).
الوصلات العصبية في الدماغ هي اتصال الخلايا العصبية من خلال الوصلات المتشابكة. المشابك العصبية هي الوحدات الوظيفية والهيكلية للجهاز العصبي. يعد عدد الاتصالات المتشابكة مؤشرًا رئيسيًا لوظيفة الدماغ.
المستقبلات
يتم تذكر المستقبلات في كل مرة يتحدثون فيها عن إدمان المخدرات أو الكحول. لماذا يحتاج الإنسان إلى الاسترشاد بمبدأ الاعتدال؟
المستقبل الموجود على الغشاء بعد المشبكي هو بروتين تم ضبطه على جزيئات المرسل. عندما يقوم شخص ما بشكل مصطنع (بالعقاقير، على سبيل المثال) بتحفيز إطلاق الناقلات في الشق التشابكي، يحاول المشبك العصبي استعادة التوازن: فهو يقلل من عدد المستقبلات أو حساسيتها. وبسبب هذا، تتوقف المستويات الطبيعية لتركيز المرسلات في المشبك عن التأثير على الهياكل العصبية.
على سبيل المثال، يغير الأشخاص الذين يدخنون النيكوتين حساسية المستقبلات للأسيتيل كولين، ويحدث إزالة حساسية (انخفاض الحساسية) للمستقبلات. المستوى الطبيعي للأسيتيل كولين غير كافٍ للمستقبلات ذات الحساسية المنخفضة. لأن ويدخل الأسيتيل كولين في العديد من العمليات، بما في ذلك العمليات المرتبطة بالتركيز والشعور بالراحة، ولا يستطيع المدخن الحصول على التأثيرات المفيدة للجهاز العصبي دون النيكوتين.
ومع ذلك، يتم استعادة حساسية المستقبلات تدريجيا. وعلى الرغم من أن هذا قد يستغرق وقتًا طويلاً، إلا أن المشبك العصبي يعود إلى طبيعته ولم يعد الشخص بحاجة إلى منشطات خارجية.
تطوير الشبكات العصبية
تحدث تغيرات طويلة المدى في التوصيلات العصبية في أمراض مختلفة (العقلية والعصبية - الفصام والتوحد والصرع وأمراض هنتنغتون والزهايمر والشلل الرعاش). تتغير الاتصالات العصبية والخصائص الداخلية للخلايا العصبية، مما يؤدي إلى تعطيل الجهاز العصبي.
نشاط الخلايا العصبية هو المسؤول عن تطوير الاتصالات المتشابكة. "استخدمه أو اخسره" هو المبدأ الكامن وراء الدماغ. كلما زاد عدد الخلايا العصبية التي "تتصرف"، زادت الروابط بينها؛ وكلما قل تكرارها، قل عدد الاتصالات. عندما تفقد الخلية العصبية جميع اتصالاتها، فإنها تموت.
عندما ينخفض متوسط مستوى نشاط الخلايا العصبية (على سبيل المثال، بسبب الإصابة)، تقوم الخلايا العصبية ببناء اتصالات جديدة، ويزداد نشاط الخلايا العصبية مع عدد المشابك العصبية. والعكس صحيح أيضًا: بمجرد أن يصبح مستوى النشاط أكبر من المستوى المعتاد، يتناقص عدد الاتصالات المشبكية. غالبًا ما توجد أشكال مماثلة من التوازن في الطبيعة، على سبيل المثال، في تنظيم درجة حرارة الجسم ومستويات السكر في الدم.
وأشار إم. بوتز إم. بوتز:
يرجع تكوين نقاط الاشتباك العصبي الجديدة إلى رغبة الخلايا العصبية في الحفاظ على مستوى معين من النشاط الكهربائي...
يسلط هنري ماركرام، الذي يشارك في مشروع محاكاة الدماغ العصبي، الضوء على آفاق الصناعة لدراسة تعطيل الروابط العصبية وإصلاحها وتطويرها. قام فريق من الباحثين بالفعل برقمنة 31 ألف خلية عصبية من الفئران. تظهر الروابط العصبية لدماغ الفئران في الفيديو أدناه.
المرونة العصبية
يرتبط تطور الوصلات العصبية في الدماغ بإنشاء نقاط اشتباك عصبي جديدة وتعديل الوصلات العصبية الموجودة. ترجع إمكانية التعديلات إلى اللدونة المشبكية - وهو تغيير في "قوة" المشبك استجابة لتنشيط المستقبلات في الخلية بعد المشبكية.
يمكن لأي شخص أن يتذكر المعلومات ويتعلم بفضل مرونة الدماغ. بسبب المرونة العصبية، فإن تعطيل الاتصالات العصبية في الدماغ بسبب إصابات الدماغ المؤلمة والأمراض التنكسية العصبية لا يصبح قاتلاً.
إن المرونة العصبية مدفوعة بالحاجة إلى التغيير استجابةً للظروف المعيشية الجديدة، ولكنها يمكن أن تحل مشاكل الشخص وتخلقها. إن التغير في قوة المشابك العصبية، على سبيل المثال، عند التدخين، هو أيضاً انعكاس. ومن الصعب للغاية التخلص من المخدرات واضطراب الوسواس القهري على وجه التحديد بسبب التغيرات غير التكيفية في المشابك العصبية في الشبكات العصبية.
تتأثر المرونة العصبية بشكل كبير بالعوامل العصبية. تؤكد N. V. Gulyaeva أن الاضطرابات المختلفة للاتصالات العصبية تحدث على خلفية انخفاض مستويات البروتينات العصبية. يؤدي تطبيع مستوى البروتينات العصبية إلى استعادة الروابط العصبية في الدماغ.
جميع الأدوية الفعالة المستخدمة لعلاج أمراض الدماغ، بغض النظر عن بنيتها، إذا كانت فعالة، فإنها تعمل على تطبيع المستويات المحلية لعوامل التغذية العصبية من خلال آلية أو أخرى.
لا يمكن حتى الآن تحقيق تحسين مستويات البروتين العصبي عن طريق التوصيل المباشر إلى الدماغ. لكن يمكن لأي شخص أن يؤثر بشكل غير مباشر على مستويات البروتينات العصبية من خلال الإجهاد الجسدي والمعرفي.
تمرين جسدي
تظهر مراجعات الأبحاث أن التمارين الرياضية تحسن المزاج والإدراك. تشير الدلائل إلى أن هذه التأثيرات ترجع إلى التغيرات في مستويات BDNF وتحسين صحة القلب والأوعية الدموية.
ارتبطت المستويات العالية من BDNF بقدرات مكانية أفضل، وارتبطت المستويات العرضية والمنخفضة من BDNF، خاصة عند كبار السن، بضمور الحصين وضعف الذاكرة، والتي قد تترافق مع المشاكل المعرفية التي تحدث في مرض الزهايمر.
عند دراسة إمكانيات علاج مرض الزهايمر والوقاية منه، غالبًا ما يتحدث الباحثون عن ضرورة ممارسة التمارين البدنية للناس. وهكذا، تشير الدراسات إلى أن المشي المنتظم يؤثر على حجم الحصين ويحسن الذاكرة.
النشاط البدني يزيد من معدل تكوين الخلايا العصبية. يعد ظهور خلايا عصبية جديدة شرطًا مهمًا لإعادة التعلم (اكتساب تجارب جديدة ومحو التجارب القديمة).
التحميل المعرفي
تتطور الروابط العصبية في الدماغ عندما يكون الشخص في بيئة غنية بالمحفزات. التجارب الجديدة هي المفتاح لزيادة الروابط العصبية.
التجربة الجديدة هي صراع عندما لا يتم حل المشكلة بالوسائل التي يمتلكها الدماغ بالفعل. لذلك، عليه إنشاء روابط جديدة، وأنماط جديدة من السلوك، والتي ترتبط بزيادة في كثافة الأشواك، وعدد التشعبات والمشابك العصبية.
يؤدي تعلم مهارات جديدة إلى تكوين أشواك جديدة وزعزعة استقرار الوصلات القديمة بين العمود الفقري والمحور العصبي. يكتسب الإنسان عادات جديدة، وتختفي العادات القديمة. وقد ربطت بعض الدراسات الاضطرابات المعرفية (اضطراب فرط الحركة ونقص الانتباه، والتوحد، والتخلف العقلي) مع تشوهات العمود الفقري.
الأشواك بلاستيكية للغاية. يرتبط عدد وشكل وحجم الأشواك بالتحفيز والتعلم والذاكرة.
يتم قياس الوقت اللازم لتغيير شكلها وحجمها بالساعات حرفيًا. ولكن هذا يعني أيضًا أن الاتصالات الجديدة يمكن أن تختفي بنفس السرعة. لذلك، من الأفضل إعطاء الأفضلية للأحمال المعرفية القصيرة ولكن المتكررة على الطويلة والنادرة.
نمط الحياة
يمكن للنظام الغذائي تحسين الأداء المعرفي وحماية الاتصالات العصبية في الدماغ من التلف، وتعزيز التعافي من المرض، ومواجهة آثار الشيخوخة. يبدو أن صحة الدماغ لها تأثير إيجابي على:
- أوميجا 3 (الأسماك، بذور الكتان، الكيوي، المكسرات)؛
- الكركمين (الكاري)؛
— مركبات الفلافونويد (الكاكاو والشاي الأخضر والحمضيات والشوكولاتة الداكنة)؛
— فيتامينات ب؛
— فيتامين E (الأفوكادو، المكسرات، الفول السوداني، السبانخ، دقيق القمح)؛
- الكولين (لحم الدجاج، لحم العجل، صفار البيض).
تؤثر معظم المنتجات المدرجة بشكل غير مباشر على البروتينات العصبية. يتم تعزيز الآثار الإيجابية للنظام الغذائي من خلال ممارسة الرياضة البدنية. بالإضافة إلى ذلك، فإن تقييد السعرات الحرارية بشكل معتدل في النظام الغذائي يحفز التعبير عن البروتينات العصبية.
يعد التخلص من الدهون المشبعة والسكر المكرر مفيدًا لاستعادة وتطوير الاتصالات العصبية. الأطعمة التي تحتوي على سكريات مضافة تقلل من مستويات البروتين العصبي، مما يؤثر سلبًا على المرونة العصبية. كما أن المحتوى العالي من الدهون المشبعة في الطعام يمنع تعافي الدماغ بعد إصابة الدماغ المؤلمة.
ومن العوامل السلبية التي تؤثر على التوصيلات العصبية: التدخين والتوتر. لقد ارتبط التدخين والإجهاد طويل الأمد مؤخرًا بالتغيرات التنكسية العصبية. على الرغم من أن الإجهاد قصير المدى يمكن أن يكون حافزًا للمرونة العصبية.
يعتمد عمل الروابط العصبية أيضًا على النوم. ربما أكثر من جميع العوامل الأخرى المذكورة. لأن النوم نفسه هو "الثمن الذي ندفعه مقابل مرونة الدماغ" (النوم هو الثمن الذي ندفعه مقابل مرونة الدماغ. الفصل سيريلي - الفصل سيريلي).
ملخص
كيفية تحسين الاتصالات العصبية في الدماغ؟ ما يلي له تأثير إيجابي:
- تمرين جسدي؛
- التحديات والصعوبات؛
- نوما هنيئا؛
- نظام غذائي متوازن.
يؤثر سلباً على:
- الأطعمة الدهنية والسكر.
- التدخين؛
- الإجهاد على المدى الطويل.
إن الدماغ مرن للغاية، لكن "نحت" شيء ما منه أمر صعب للغاية. لا يحب إهدار طاقته في أشياء عديمة الفائدة. يحدث التطور الأسرع للاتصالات الجديدة في حالة الصراع، عندما يكون الشخص غير قادر على حل المشكلة بالطرق المعروفة.
وتم عرض نموذج للجهاز العصبي، وسأقوم بوصف النظرية والمبادئ التي شكلت أساسه.
تعتمد النظرية على تحليل المعلومات المتوفرة حول الخلايا العصبية البيولوجية والجهاز العصبي من علم الأحياء العصبي الحديث وعلم وظائف الأعضاء في الدماغ.
أولاً، سأقدم معلومات موجزة عن كائن النمذجة، جميع المعلومات معروضة أدناه، والتي تم أخذها في الاعتبار واستخدامها في النموذج.
نيورون
الخلية العصبية هي العنصر الوظيفي الرئيسي للجهاز العصبي، فهي تتكون من جسم الخلية العصبية وعملياتها. هناك نوعان من العمليات: المحاور والتشعبات. المحور العصبي عبارة عن عملية طويلة مغطاة بغلاف المايلين، مصمم لنقل النبضات العصبية لمسافات طويلة. التشعبات هي عملية قصيرة متفرعة تتواصل مع العديد من الخلايا المجاورة.
ثلاثة أنواع من الخلايا العصبية
يمكن أن تختلف الخلايا العصبية بشكل كبير في الشكل والحجم والتكوين، وعلى الرغم من ذلك، هناك تشابه أساسي بين الأنسجة العصبية في أجزاء مختلفة من الجهاز العصبي، ولا توجد اختلافات تطورية خطيرة. يمكن للخلية العصبية في رخويات Aplysia أن تفرز نفس الناقلات العصبية والبروتينات التي تفرزها الخلية البشرية.اعتمادا على التكوين، هناك ثلاثة أنواع من الخلايا العصبية: 
أ) الخلايا العصبية المستقبلة أو الجاذبة للمركز أو الواردة، تحتوي هذه الخلايا العصبية على محور عصبي جاذب مركزي، وفي نهايته توجد مستقبلات أو مستقبلات أو نهايات واردة. يمكن تعريف هذه الخلايا العصبية بأنها عناصر تنقل الإشارات الخارجية إلى النظام.
ب) الخلايا العصبية البينية (الخلايا العصبية البينية أو الملامسة أو المتوسطة) التي ليس لديها عمليات طويلة، ولكن لها تشعبات فقط. يوجد مثل هذه الخلايا العصبية في الدماغ البشري أكثر من غيرها. هذا النوع من الخلايا العصبية هو العنصر الرئيسي في القوس المنعكس.
ب) محرك، أو طارد مركزي، أو صادر، لديهم محور عصبي جاذب مركزي، له نهايات صادرة تنقل الإثارة إلى الخلايا العضلية أو الغدية. تعمل الخلايا العصبية الصادرة على نقل الإشارات من البيئة العصبية إلى البيئة الخارجية.
عادة، تنص المقالات المتعلقة بالشبكات العصبية الاصطناعية على وجود الخلايا العصبية الحركية فقط (مع محور عصبي للطرد المركزي)، والتي ترتبط في طبقات من البنية الهرمية. ينطبق وصف مشابه على الجهاز العصبي البيولوجي، لكنه يمثل حالة خاصة نوعًا ما؛ فنحن نتحدث عن الهياكل، وردود الفعل الشرطية الأساسية. كلما ارتفعت الأهمية التطورية للجهاز العصبي، قل عدد الهياكل التي تسود فيه مثل "الطبقات" أو التسلسل الهرمي الصارم.
نقل الإثارة العصبية
يحدث نقل الإثارة من خلية عصبية إلى خلية عصبية من خلال سماكات خاصة في نهايات التشعبات تسمى المشابك العصبية. بناءً على نوع الإرسال، تنقسم المشابك العصبية إلى نوعين: كيميائي وكهربائي. تنقل المشابك الكهربائية النبضات العصبية مباشرة عبر موقع الاتصال. يوجد عدد قليل جدًا من هذه المشابك العصبية في الجهاز العصبي، ولن يتم أخذها بعين الاعتبار في النماذج. تنقل المشابك الكيميائية النبض العصبي من خلال مادة وسيطة خاصة (ناقل عصبي، ناقل عصبي)، وهذا النوع من المشابك العصبية منتشر على نطاق واسع ويعني التباين في التشغيل.من المهم أن نلاحظ أن التغيرات تحدث باستمرار في الخلايا العصبية البيولوجية، وتنمو التشعبات والمشابك الجديدة، وتكون الهجرات العصبية ممكنة. عند نقاط الاتصال مع الخلايا العصبية الأخرى، يتم تشكيل الأورام، بالنسبة للخلية العصبية المرسلة، فهي عبارة عن مشبك، بالنسبة للخلية العصبية المستقبلة، فهي عبارة عن غشاء بعد المشبكي مزود بمستقبلات خاصة تستجيب للوسيط، أي يمكننا القول أن الخلية العصبية الغشاء هو جهاز الاستقبال، والمشابك الموجودة على التشعبات هي مرسلات الإشارة.
تشابك عصبى
عندما يتم تنشيط المشبك العصبي، فإنه يطلق أجزاء من جهاز الإرسال؛ يمكن أن تختلف هذه الأجزاء؛ كلما تم إطلاق جهاز إرسال أكثر، زاد احتمال تنشيط الخلية العصبية التي تستقبل الإشارة. يدخل المرسل، الذي يتغلب على الشق السينوبتيكي، إلى الغشاء بعد المشبكي، حيث توجد المستقبلات التي تستجيب للمرسل. بعد ذلك، يمكن تدمير الوسيط بواسطة إنزيم مدمر خاص، أو امتصاصه مرة أخرى في المشبك، ويحدث هذا لتقليل وقت عمل الوسيط على المستقبلات.
أيضًا، بالإضافة إلى التأثير المحفز، هناك نقاط اشتباك عصبي لها تأثير مثبط على الخلية العصبية. عادة، تنتمي هذه المشابك العصبية إلى خلايا عصبية معينة، والتي يتم تصنيفها على أنها خلايا عصبية مثبطة.
يمكن أن يكون هناك العديد من المشابك العصبية التي تربط الخلية العصبية بنفس الخلية المستهدفة. للتبسيط، سنفترض أن مجموعة التأثيرات الكاملة التي تمارسها إحدى الخلايا العصبية على خلية عصبية مستهدفة أخرى هي عبارة عن مشبك ذو قوة تأثير معينة. السمة الرئيسية للمشبك العصبي هي قوته.
حالة الإثارة العصبية
في حالة الراحة، يكون غشاء العصبون مستقطبًا. وهذا يعني أنه على جانبي الغشاء توجد جزيئات تحمل شحنات متضادة. في حالة الراحة، يكون السطح الخارجي للغشاء مشحونًا بشكل إيجابي، والسطح الداخلي مشحونًا بشكل سلبي. ناقلات الشحنة الرئيسية في الجسم هي أيونات الصوديوم (Na+)، والبوتاسيوم (K+)، والكلور (Cl-).الفرق بين الشحنات الموجودة على سطح الغشاء وتلك الموجودة داخل جسم الخلية هو جهد الغشاء. يسبب الوسيط اضطرابات الاستقطاب - إزالة الاستقطاب. تتدفق الأيونات الموجبة من خارج الغشاء عبر قنوات مفتوحة إلى جسم الخلية، مما يؤدي إلى تغيير نسبة الشحن بين سطح الغشاء وجسم الخلية.
التغير في إمكانات الغشاء عند إثارة الخلية العصبية
طبيعة التغيرات في إمكانات الغشاء عند تنشيط الأنسجة العصبية لم تتغير. بغض النظر عن القوة المؤثرة على الخلية العصبية، إذا تجاوزت القوة قيمة عتبة معينة، فإن الاستجابة ستكون هي نفسها.
بالنظر إلى المستقبل، أود أن أشير إلى أنه حتى إمكانات التتبع مهمة في عمل الجهاز العصبي (انظر الرسم البياني أعلاه). لا تظهر نتيجة لبعض التذبذبات التوافقية التي موازنة الشحنات، فهي مظهر صارم لمرحلة معينة من حالة الأنسجة العصبية أثناء الإثارة.
نظرية التفاعل الكهرومغناطيسي
لذلك، سأقدم أدناه الافتراضات النظرية التي ستسمح لنا بإنشاء نماذج رياضية. الفكرة الأساسية هي التفاعل بين الشحنات المتكونة داخل جسم الخلية أثناء نشاطها، وبين الشحنات القادمة من سطوح أغشية الخلايا النشطة الأخرى. هذه الرسوم معاكسة، فيما يتعلق بهذا يمكننا أن نفترض كيف سيتم تحديد موقع الرسوم في جسم الخلية تحت تأثير رسوم الخلايا النشطة الأخرى.
يمكننا القول أن الخلية العصبية تستشعر نشاط الخلايا العصبية الأخرى عن بعد وتسعى جاهدة لتوجيه انتشار الإثارة في اتجاه المناطق النشطة الأخرى.
في لحظة نشاط الخلايا العصبية، من الممكن حساب نقطة معينة في الفضاء، والتي يمكن تعريفها على أنها مجموع كتل الشحنات الموجودة على أسطح الخلايا العصبية الأخرى. سوف نسمي هذه النقطة نقطة النمط، ويعتمد موقعها على مجموعة مراحل نشاط جميع الخلايا العصبية في الجهاز العصبي. النمط في فسيولوجيا الجهاز العصبي هو مزيج فريد من الخلايا النشطة، أي أنه يمكننا التحدث عن تأثير المناطق المثارة في الدماغ على عمل الخلايا العصبية الفردية.
من الضروري أن نتصور عمل الخلية العصبية ليس فقط كآلة حاسبة، ولكن كنوع من مكرر الإثارة الذي يختار اتجاهات انتشار الإثارة، وبالتالي تشكيل دوائر كهربائية معقدة. كان من المفترض في الأصل أن الخلية العصبية ببساطة تقوم بإيقاف/تشغيل نقاط الاشتباك العصبي الخاصة بها بشكل انتقائي من أجل النقل، اعتمادًا على الاتجاه المفضل للإثارة. لكن دراسة أكثر تفصيلاً لطبيعة الخلية العصبية أدت إلى استنتاج مفاده أن الخلية العصبية يمكنها تغيير درجة التأثير على الخلية المستهدفة من خلال قوة نقاط الاشتباك العصبي الخاصة بها، مما يجعل الخلية العصبية عنصرًا حسابيًا أكثر مرونة وتنوعًا في الجهاز العصبي. .
ما هو الاتجاه الأفضل لنقل الإثارة؟ في التجارب المختلفة المتعلقة بتكوين ردود الفعل غير المشروطة، يمكن تحديد أن المسارات أو الأقواس المنعكسة تتشكل في الجهاز العصبي، والتي تربط المناطق النشطة في الدماغ أثناء تكوين ردود الفعل غير المشروطة، ويتم إنشاء الروابط الترابطية. وهذا يعني أن الخلية العصبية يجب أن تنقل الإثارة إلى مناطق نشطة أخرى في الدماغ، وأن تتذكر الاتجاه وتستخدمه في المستقبل.
لنتخيل متجهًا تقع بدايته في وسط الخلية النشطة، ونهايته موجهة إلى نقطة النمط المحددة لخلية عصبية معينة. دعونا نشير إلى أنه متجه للاتجاه المفضل لانتشار الإثارة (T، الاتجاه). في الخلايا العصبية البيولوجية، يمكن أن يظهر ناقل T في بنية البلازما العصبية نفسها، وربما تكون هذه قنوات لحركة الأيونات في جسم الخلية، أو تغييرات أخرى في بنية الخلية العصبية.
تتمتع الخلية العصبية بخاصية الذاكرة، حيث يمكنها أن تتذكر المتجه T، وهو اتجاه هذا المتجه، ويمكن أن يتغير وإعادة كتابته اعتمادًا على العوامل الخارجية. تسمى الدرجة التي يمكن أن يخضع بها ناقل T للتغييرات بالمرونة العصبية.
ويؤثر هذا الناقل بدوره على عمل المشابك العصبية. لكل مشبك عصبي نحدد متجه S، بدايته في وسط الخلية، ونهايته موجهة إلى مركز الخلية العصبية المستهدفة التي يتصل بها المشبك. الآن يمكن تحديد درجة التأثير لكل مشبك تشابكي على النحو التالي: كلما كانت الزاوية أصغر بين المتجه T وS، كلما زاد حجم المشبك العصبي؛ كلما كانت الزاوية أصغر، كلما زاد ضعف المشبك العصبي وربما توقف انتقال الإثارة. ولكل مشبك عصبي خاصية ذاكرة مستقلة، فهو يتذكر قيمة قوته. تتغير هذه القيم مع كل تنشيط للخلية العصبية، وتحت تأثير المتجه T، فهي إما تزيد أو تنقص بقيمة معينة.
نموذج رياضي
إشارات الإدخال (x1، x2،…xn) للخلية العصبية هي أرقام حقيقية تميز قوة المشابك العصبية التي تؤثر على الخلية العصبية.
قيمة الإدخال الإيجابية تعني تأثيرًا حافزًا على الخلية العصبية، والقيمة السلبية تعني تأثيرًا مثبطًا.
بالنسبة للخلية العصبية البيولوجية، لا يهم من أين جاءت الإشارة التي تثيرها، فإن نتيجة نشاطها ستكون متطابقة. سيتم تنشيط الخلية العصبية عندما يتجاوز مجموع التأثيرات عليها قيمة عتبة معينة. ولذلك فإن جميع الإشارات تمر عبر الأفعى (أ)، وبما أن الخلايا العصبية والجهاز العصبي يعملان في الوقت الحقيقي، لذلك يجب تقييم تأثير المدخلات في فترة زمنية قصيرة، أي أن تأثير المشبك العصبي هو مؤقت.
نتيجة الأفعى تتجاوز دالة العتبة (ب)، فإذا تجاوز المجموع قيمة العتبة فإن ذلك يؤدي إلى نشاط الخلية العصبية.
عند تنشيطها، ترسل الخلية العصبية إشارة إلى نشاطها إلى النظام، وتنقل معلومات حول موقعها في مساحة الجهاز العصبي وشحنتها، والتي تتغير بمرور الوقت (ج).
بعد وقت معين، بعد التنشيط، ينقل العصبون الإثارة إلى جميع المشابك العصبية الموجودة، بعد إعادة حساب قوتها مسبقًا. خلال فترة التنشيط بأكملها، تتوقف الخلية العصبية عن الاستجابة للمحفزات الخارجية، أي يتم تجاهل جميع تأثيرات المشابك العصبية الأخرى. تتضمن فترة التنشيط أيضًا فترة تعافي الخلية العصبية.
يتم ضبط المتجه T (r) مع الأخذ في الاعتبار قيمة نقطة النمط Pp ومستوى المرونة العصبية. بعد ذلك، يتم إعادة تقييم قيم جميع نقاط قوة التشابك العصبي في الخلية العصبية (e).
لاحظ أن الكتلتين (د) و(هـ) يتم تنفيذهما بالتوازي مع الكتلة (ج).
تأثير الموجة
إذا قمت بتحليل النموذج المقترح بعناية، يمكنك أن ترى أن مصدر الإثارة يجب أن يكون له تأثير أكبر على الخلية العصبية من أي جزء آخر بعيد ونشط من الدماغ. ولذلك فإن السؤال الذي يطرح نفسه: لماذا لا يزال الإرسال يحدث في اتجاه موقع نشط آخر؟لم أتمكن من تحديد هذه المشكلة إلا من خلال إنشاء نموذج كمبيوتر. تم اقتراح الحل من خلال رسم بياني للتغيرات في إمكانات الغشاء أثناء نشاط الخلايا العصبية.
يعد تعزيز إعادة استقطاب الخلايا العصبية، كما ذكرنا سابقًا، أمرًا مهمًا للجهاز العصبي، فبفضله يتم إنشاء تأثير موجي، وهو ميل الإثارة العصبية للانتشار من مصدر الإثارة.
عند العمل مع النموذج، لاحظت تأثيرين: إذا أهملنا إمكانات التتبع أو جعلناها ليست كبيرة بما فيه الكفاية، فإن الإثارة لا تنتشر من المصادر، بل تميل إلى التوطين. إذا جعلت إمكانات التتبع كبيرة جدًا، فإن الإثارة تميل إلى "التشتت" في اتجاهات مختلفة، ليس فقط من مصدرها، ولكن أيضًا من الآخرين.
الخريطة المعرفية
باستخدام نظرية التفاعل الكهرومغناطيسي، من الممكن تفسير العديد من الظواهر والعمليات المعقدة التي تحدث في الجهاز العصبي. على سبيل المثال، أحد أحدث الاكتشافات التي تمت مناقشتها على نطاق واسع في علوم الدماغ هو اكتشاف الخرائط المعرفية في الحصين.الحصين هو جزء الدماغ المسؤول عن الذاكرة قصيرة المدى. كشفت التجارب على الفئران أن مكانًا معينًا في المتاهة يتوافق مع مجموعة الخلايا الموضعية الخاصة به في الحصين، وبغض النظر عن كيفية وصول الحيوان إلى هذا المكان، ستظل منطقة الأنسجة العصبية المقابلة لهذا المكان نشطة. ومن الطبيعي أن يتذكر الحيوان هذه المتاهة، ولا ينبغي الاعتماد على التطابق الطوبولوجي بين فضاء المتاهة والخريطة المعرفية.
يتم تمثيل كل مكان في المتاهة في الدماغ كمجموعة من المحفزات ذات الطبيعة المختلفة: الروائح، ولون الجدران، والأشياء المميزة المحتملة، والأصوات المميزة، وما إلى ذلك. وتنعكس هذه المحفزات على القشرة، وتمثيلات مختلفة للأعضاء الحسية ، في شكل رشقات نارية من النشاط في مجموعات معينة. يقوم الدماغ بمعالجة المعلومات في عدة أقسام في وقت واحد، وغالبًا ما تكون قنوات المعلومات منفصلة، وتدخل المعلومات نفسها إلى أجزاء مختلفة من الدماغ.
تنشيط الخلايا العصبية المكانية حسب موضعها في المتاهة (يظهر نشاط الخلايا العصبية المختلفة بألوان مختلفة).
يقع الحصين في وسط الدماغ، وتقع الكارا بأكملها ومناطقها على مسافات متساوية منه. إذا حددنا لكل مجموعة فريدة من المحفزات نقطة كتلة الشحنات على أسطح الخلايا العصبية، فيمكننا أن نرى أن هذه النقاط ستكون مختلفة وستكون موجودة تقريبًا في وسط الدماغ. الإثارة في الحصين سوف تميل إلى هذه النقاط وتنتشر، وتشكل مناطق مستقرة من الإثارة. علاوة على ذلك، فإن التغييرات المتناوبة في مجموعات المحفزات ستؤدي إلى تحول في نقطة النمط. سيتم ربط أقسام الخريطة المعرفية مع بعضها البعض بالتسلسل، مما سيؤدي إلى حقيقة أن الحيوان الموجود في بداية متاهة مألوفة يمكنه تذكر المسار اللاحق بأكمله.
خاتمة
سيكون لدى الكثيرين سؤال: أين توجد في هذا العمل المتطلبات الأساسية لعنصر العقلانية أو إظهار النشاط الفكري الأعلى؟ومن المهم أن نلاحظ أن ظاهرة السلوك البشري هي نتيجة لعمل البنية البيولوجية. لذلك، من أجل تقليد السلوك الذكي، من الضروري أن يكون لديك فهم جيد لمبادئ وخصائص عمل الهياكل البيولوجية. لسوء الحظ، لم يقدم علم الأحياء بعد خوارزمية واضحة: كيف تعمل الخلية العصبية، وكيف تفهم المكان الذي تحتاج فيه إلى تنمية تشعباتها، وكيفية تكوين نقاط الاشتباك العصبي الخاصة بها، بحيث يمكن أن يتشكل منعكس مشروط بسيط في الجهاز العصبي، مشابه لأولئك الذين تم توضيحهم ووصفهم في أعماله ، الأكاديمي آي.بي. بافلوف.
ومن ناحية أخرى، في علم الذكاء الاصطناعي، في النهج التصاعدي (البيولوجي)، نشأت حالة متناقضة، وهي: عندما تكون النماذج المستخدمة في البحث مبنية على أفكار عفا عليها الزمن حول الخلية العصبية البيولوجية، والمحافظة، والتي هي بناءً على الإدراك الحسي دون إعادة التفكير في مبادئه الأساسية، دون الرجوع إلى المصدر البيولوجي، يتم اختراع المزيد والمزيد من الخوارزميات والهياكل البارعة التي ليس لها جذور بيولوجية.
بطبيعة الحال، لا أحد يقلل من مزايا الشبكات العصبية الكلاسيكية، التي أنتجت العديد من المنتجات البرمجية المفيدة، ولكن اللعب بها ليس الطريق إلى إنشاء نظام ذكي.
علاوة على ذلك، ليس من غير المألوف أن تُنسب العبارات التي تقول إن الخلية العصبية تشبه آلة حوسبة قوية إلى خاصية الحواسيب الكمومية. وبسبب هذا التعقيد الفائق، يُعزى للجهاز العصبي استحالة تكراره، لأن ذلك يتناسب مع الرغبة في محاكاة النفس البشرية. ومع ذلك، في الواقع، تتبع الطبيعة طريق البساطة والأناقة في حلولها، فحركة الشحنات على غشاء الخلية يمكن أن تعمل على نقل الإثارة العصبية وبث المعلومات حول مكان حدوث هذا النقل.
على الرغم من أن هذا العمل يوضح كيفية تشكيل ردود الفعل الشرطية الأولية في الجهاز العصبي، فإنه يجعلنا أقرب إلى فهم ما هو الذكاء والنشاط العقلاني.
هناك العديد من جوانب عمل الجهاز العصبي: آليات التثبيط، ومبادئ بناء العواطف، وتنظيم ردود الفعل غير المشروطة والتعلم، والتي بدونها من المستحيل بناء نموذج عالي الجودة للجهاز العصبي. هناك فهم، على المستوى البديهي، لكيفية عمل الجهاز العصبي، ويمكن تجسيد مبادئه في نماذج.
ساعد إنشاء النموذج الأول على صقل وتصحيح فكرة التفاعل الكهرومغناطيسي للخلايا العصبية. افهم كيف يحدث تكوين الأقواس المنعكسة، وكيف تفهم كل خلية عصبية على حدة كيفية تكوين نقاط الاشتباك العصبي الخاصة بها للحصول على اتصالات ترابطية.
لقد بدأت حاليًا في تطوير نسخة جديدة من البرنامج، والتي ستسمح لنا بمحاكاة العديد من الجوانب الأخرى لعمل الخلايا العصبية والجهاز العصبي.
أطلب منك أن تقوم بدور فعال في مناقشة الفرضيات والافتراضات المطروحة هنا، لأنني قد أكون متحيزا لأفكاري. رأيك مهم جدا بالنسبة لي.
العلامات: إضافة العلامات
في هذا المقال سنتحدث عن الخلايا العصبية في الدماغ. الخلايا العصبية في القشرة الدماغية هي الوحدة الهيكلية والوظيفية للجهاز العصبي العام بأكمله.
مثل هذه الخلية لها بنية معقدة للغاية، وتخصص عالي، وإذا تحدثنا عن بنيتها، فإن الخلية تتكون من نواة وجسم وعمليات. هناك ما يقرب من 100 مليار من هذه الخلايا في جسم الإنسان.
المهام
أي خلايا موجودة في جسم الإنسان هي بالضرورة مسؤولة عن واحدة أو أخرى من وظائفه. الخلايا العصبية ليست استثناء.
إنها، مثل خلايا الدماغ الأخرى، مطالبة بضمان الحفاظ على بنيتها الخاصة ووظائف معينة، وكذلك التكيف مع التغيرات المحتملة في الظروف، وبالتالي تنفيذ العمليات التنظيمية على الخلايا القريبة.
تعتبر الوظيفة الرئيسية للخلايا العصبية هي معالجة المعلومات المهمة، وهي استقبالها وتوصيلها ثم نقلها إلى خلايا أخرى. تأتي المعلومات من خلال نقاط الاشتباك العصبي التي تحتوي على مستقبلات أعضاء حسية أو بعض الخلايا العصبية الأخرى.
أيضًا، في بعض المواقف، يمكن أن يتم نقل المعلومات مباشرة من البيئة الخارجية بمساعدة ما يسمى بالتشعبات المتخصصة. يتم نقل المعلومات من خلال محاور عصبية، ويتم نقلها عن طريق المشابك العصبية.
بناء
جسم الخلية. ويعتبر هذا الجزء من الخلية العصبية هو الأهم ويتكون من السيتوبلازم والنواة التي تشكل البروتوبلازم، ويحده من الخارج نوع من الغشاء يتكون من طبقة مزدوجة من الدهون.
بدورها، تتكون هذه الطبقة من الدهون، والتي تسمى أيضًا طبقة الدهون الحيوية، من ذيول ذات شكل كاره للماء ونفس الرؤوس. تجدر الإشارة إلى أن هذه الدهون تقع بذيولها تجاه بعضها البعض، وبالتالي تخلق طبقة فريدة من نوعها كارهة للماء قادرة على المرور عبر المواد التي تذوب في الدهون فقط.
توجد على سطح الغشاء بروتينات لها شكل كريات. توجد على هذه الأغشية نموات من السكريات، والتي من خلالها تتمتع الخلية بفرصة جيدة لإدراك التهيج الناتج عن العوامل الخارجية. توجد أيضًا بروتينات متكاملة هنا، والتي تخترق فعليًا سطح الغشاء بالكامل، وفيها توجد القنوات الأيونية.
تتكون الخلايا العصبية في القشرة الدماغية من أجسام يتراوح قطرها من 5 إلى 100 ميكرون، وتحتوي على نواة (مع العديد من المسام النووية)، بالإضافة إلى بعض العضيات، بما في ذلك ER قوي النمو إلى حد ما ذو شكل خشن، مع ريبوسومات نشطة. .
تتضمن كل خلية عصبية فردية أيضًا عمليات. هناك نوعان رئيسيان من العمليات - المحور العصبي والتشعبات. من السمات الخاصة للخلية العصبية أنها تحتوي على هيكل خلوي متطور قادر بالفعل على اختراق عملياتها.
بفضل الهيكل الخلوي، يتم الحفاظ باستمرار على الشكل الضروري والمعياري للخلية، وتعمل خيوطها كنوع من "القضبان" التي يتم من خلالها نقل العضيات والمواد المعبأة في الحويصلات الغشائية.
التشعبات ومحور عصبي. يبدو المحور العصبي وكأنه عملية طويلة إلى حد ما، وهي تتكيف بشكل مثالي مع العمليات التي تهدف إلى إثارة الخلايا العصبية من جسم الإنسان.
تبدو التشعبات مختلفة تمامًا، فقط لأن طولها أقصر بكثير، ولديها أيضًا عمليات متطورة بشكل مفرط، والتي تعمل كموقع رئيسي حيث تبدأ المشابك العصبية المثبطة في الظهور، والتي يمكن بالتالي أن تؤثر على الخلايا العصبية، والتي خلال فترة قصيرة من الزمن، تصبح الخلايا العصبية البشرية متحمسة.
عادة، تتكون الخلية العصبية من المزيد من التشعبات في وقت واحد. كيف يوجد محور عصبي واحد فقط. تحتوي إحدى الخلايا العصبية على اتصالات مع العديد من الخلايا العصبية الأخرى، وفي بعض الأحيان يكون هناك حوالي 20000 اتصال من هذا القبيل.
تنقسم التشعبات بطريقة ثنائية التفرع، وتكون المحاور بدورها قادرة على إنتاج ضمانات. يوجد في العقد الفرعية في كل خلية عصبية تقريبًا العديد من الميتوكوندريا.
ومن الجدير بالذكر أيضًا أن التشعبات لا تحتوي على أي غمد من المايلين، بينما يمكن أن تحتوي المحاور على مثل هذا العضو.
المشبك العصبي هو المكان الذي يحدث فيه الاتصال بين خليتين عصبيتين أو بين الخلية المستجيبة التي تستقبل الإشارة والخلية العصبية نفسها.
وتتمثل الوظيفة الرئيسية لمثل هذه الخلايا العصبية المكونة في نقل النبضات العصبية بين الخلايا المختلفة، ويمكن أن يختلف تردد الإشارة اعتمادًا على معدل ونوع انتقال هذه الإشارة.
وتجدر الإشارة إلى أن بعض المشابك العصبية قادرة على التسبب في إزالة استقطاب الخلايا العصبية، في حين أن بعضها الآخر، على العكس من ذلك، يؤدي إلى فرط الاستقطاب. النوع الأول من الخلايا العصبية يسمى مثير، والثاني - المثبط.
كقاعدة عامة، لكي تبدأ عملية إثارة الخلية العصبية، يجب أن تعمل العديد من المشابك العصبية المثيرة كمحفزات في وقت واحد.
تصنيف
وفقًا لعدد وموقع التشعبات، وكذلك موقع المحور العصبي، تنقسم الخلايا العصبية الدماغية إلى خلايا عصبية أحادية القطب، وثنائية القطب، وعديمة المحور، ومتعددة الأقطاب، وخلايا عصبية كاذبة. الآن أود أن أفكر في كل من هذه الخلايا العصبية بمزيد من التفصيل.
الخلايا العصبية أحادية القطبلها عملية واحدة صغيرة، وتقع في أغلب الأحيان في النواة الحسية لما يسمى بالعصب ثلاثي التوائم، الموجود في الجزء الأوسط من الدماغ.
الخلايا العصبية عديمة المحاورفهي صغيرة الحجم ومترجمة في المنطقة المجاورة مباشرة للحبل الشوكي، وبالتحديد في غاليا ما بين الفقرات وليس لها أي تقسيم للعمليات إلى محاور عصبية وتشعبات؛ جميع العمليات لها نفس المظهر تقريبًا ولا توجد اختلافات جوهرية بينها.
الخلايا العصبية ثنائية القطبتتكون من تغصنات واحدة تقع في أعضاء حسية خاصة، خاصة في شبكية العين والبصلة، بالإضافة إلى محور عصبي واحد فقط؛
الخلايا العصبية متعددة الأقطابلديها العديد من التشعبات ومحور واحد في بنيتها الخاصة، وتقع في الجهاز العصبي المركزي؛
الخلايا العصبية الكاذبةتعتبر فريدة من نوعها، لأنه في البداية تنطلق عملية واحدة فقط من الجسم الرئيسي، والتي تنقسم باستمرار إلى عدة عمليات أخرى، وتوجد عمليات مماثلة حصريًا في العقد الشوكية.
هناك أيضًا تصنيف للخلايا العصبية وفقًا للمبدأ الوظيفي. وبالتالي، وفقًا لهذه البيانات، يتم التمييز بين العصبونات الصادرة والواردة والحركية والداخلية.
الخلايا العصبية الصادرةوهي تشمل الأنواع الفرعية غير النهائية والإنذارية. بالإضافة إلى ذلك، تشمل هذه الخلايا الأولية للأعضاء الحسية البشرية.
الخلايا العصبية واردة. تشمل الخلايا العصبية في هذه الفئة كلاً من الخلايا الأولية للأعضاء البشرية الحسية والخلايا الكاذبة القطبية التي تحتوي على تشعبات ذات نهايات حرة.
الخلايا العصبية الرابطة. وتتمثل المهمة الرئيسية لهذه المجموعة من الخلايا العصبية في التواصل بين أنواع الخلايا العصبية الواردة والصادرة. وتنقسم هذه الخلايا العصبية إلى الإسقاط والصوار.
التطور والنمو
تبدأ الخلايا العصبية بالتطور من خلية صغيرة تعتبر سلفها وتتوقف عن الانقسام حتى قبل أن تتشكل العمليات الأولى الخاصة بها.
تجدر الإشارة إلى أنه في الوقت الحاضر، لم يدرس العلماء بشكل كامل بعد المسألة المتعلقة بتطور ونمو الخلايا العصبية، ولكنهم يعملون باستمرار في هذا الاتجاه.
في معظم الحالات، تبدأ المحاور بالتطور أولاً، تليها التشعبات. وفي نهاية العملية، التي تبدأ بالتطور بثقة، تتشكل سماكة ذات شكل محدد وغير عادي لمثل هذه الخلية، وبالتالي يتم تمهيد المسار عبر الأنسجة المحيطة بالخلايا العصبية.
يُطلق على هذا السماكة عادة اسم مخروط نمو الخلايا العصبية. يتكون هذا المخروط من جزء مسطح من عملية الخلايا العصبية، والتي بدورها يتم إنشاؤها من عدد كبير من الأشواك الرفيعة إلى حد ما.
يبلغ سمك المسامير الدقيقة 0.1 إلى 0.2 ميكرومتر، ويمكن أن يصل طولها إلى 50 ميكرون. إذا كنا نتحدث مباشرة عن المنطقة المسطحة والواسعة للمخروط، تجدر الإشارة إلى أنه يميل إلى تغيير معالمه الخاصة.
هناك بعض الفراغات بين المسامير الدقيقة للمخروط، والتي تكون مغطاة بالكامل بغشاء مطوي. تتحرك المسامير الدقيقة بشكل مستمر، مما يؤدي إلى استعادة الخلايا العصبية واكتساب الشكل اللازم في حالة حدوث ضرر.
أود أن أشير إلى أن كل خلية على حدة تتحرك بطريقتها الخاصة، فإذا استطالت إحداها أو اتسعت، فقد تنحرف الثانية في اتجاهات مختلفة أو حتى تلتصق بالركيزة.
يمتلئ مخروط النمو بالكامل بحويصلات غشائية تتميز بأحجام صغيرة جدًا وأشكال غير منتظمة، فضلاً عن الوصلات مع بعضها البعض.
بالإضافة إلى ذلك، يحتوي مخروط النمو على خيوط عصبية، وميتوكوندريا، وأنابيب دقيقة. هذه العناصر لديها القدرة على التحرك بسرعة هائلة.
إذا قارنا سرعات حركة عناصر المخروط والمخروط نفسه، فلا بد من التأكيد على أنهما متماثلتان تقريبًا، وبالتالي يمكننا أن نستنتج أنه خلال فترة النمو لم يتم ملاحظة أي تجميع أو أي خلل في الأنابيب الدقيقة.
من المحتمل أن تبدأ إضافة مادة غشائية جديدة في نهاية العملية. مخروط النمو هو موقع الالتقام السريع إلى حد ما وإخراج الخلايا، كما يتضح من العدد الكبير من الحويصلات الموجودة هنا.
كقاعدة عامة، يسبق نمو التشعبات والمحاور لحظة هجرة الخلايا العصبية، أي عندما تستقر الخلايا العصبية غير الناضجة بالفعل وتبدأ في الوجود في نفس المكان الدائم.
الخلية العصبية هي خلية قابلة للاستثارة كهربائيًا وتقوم بمعالجة المعلومات وتخزينها ونقلها باستخدام الإشارات الكهربائية والكيميائية. تحتوي الخلية على نواة، وجسم الخلية، والعمليات (التشعبات والمحاور). يوجد في المتوسط حوالي 65 مليار خلية عصبية في الدماغ البشري. وتتواصل الخلايا العصبية مع بعضها البعض، وبالتالي تشكل وظائف الدماغ البشري والذاكرة والأقسام والوعي.
انظر هذه الصورة أعلاه؟ وباستخدام هذه الصورة الغريبة، تمكن علماء الأعصاب في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا من تنشيط الخلايا العصبية الفردية في الدماغ. باستخدام أفضل نموذج متاح للشبكة العصبية البصرية في الدماغ، طور العلماء طريقة جديدة للتحكم بدقة في الخلايا العصبية الفردية ومجموعاتها في منتصف هذه الشبكة. وفي اختبار على الحيوانات، أظهر الفريق أن المعلومات المستمدة من النموذج الحسابي سمحت لهم بإنشاء صور تنشط خلايا عصبية معينة بقوة في الدماغ.
الطازج لذيذ في حد ذاته، والعنب يصنع زبيبًا رائعًا، وإذا جففت العنب تحصل على زبيب حلو. ولكن ما هي المزايا الأخرى التي يتمتع بها هذا التوت ذو التاريخ الغني؟ خلص باحثون من كلية طب ماونت سيناي إلى أنه يمكن استخدام العنب لإنشاء علاج فعال وآمن ضد الاكتئاب والذي سيكون له آثار جانبية قليلة على صحة الإنسان.
