up
Search      menu
علم و تکنولوژی :: مقاله نورون ها PDF
QR code - نورون ها

نورون ها

نورون ها و پتانسيل عمل

نورون ها در درون خود داراي اجزاي داخلي بسياري هستند. مانند پروتئين ها که اغلب در جسم سلولي توليد شده و از بين اسکلت سلولي عبور ميکنند. برآمدگي هاي کوچکي که از دندريت ها بيرون مي زنند را خارهاي دندريتي dendritic spines() مي نامند. در محل اين برآمدگي ها بيشتر اتصالات به آکسون ها برقرار مي شود. پروتئين هايي که به نخاع منتقل مي شوند براي ايجاد و حفظ فعاليت نورون ها بسيار مهم مي باشند. اين پروتئين ها مرتبا توسط پروتئين هاي جديد جايگزين مي شوند. تمام اين فعاليت هاي مستلزم مصرف انرژي و سوخت است که توسط کارخانه هاي انرژي درون سلول (ميتوکندري) تامين مي گردد. پايانه هاي آکسون ها نيز مي توانند تحت تاثير فاکتورهاي رشد growth factors() قرار گيرند. اين فاکتورها در محل پايانه هاي آکسوني به داخل سلول وارد شده و به جسم سلولي رسانده مي شوند و در آنجا مي توانند از طريق تاثير بر ميزان بيان ژن هاي نورون ها بر ساخت پروتئين هاي جديد تاثير داشته باشند.
اين تاثيرات مي تواند سلول را قادر سازد تا دندريت هاي بلندتري بسازد و يا تغيير پوياي ديگري در شکل يا عملکرد خود ايجاد کند. اطلاعات، مواد غذايي و پيام رسان ها messengers() در تمام مدت به سمت جسم سلولي يا از جسم سلولي به بخش هاي ديگر نورون در حالت حرکت هستند. همه سلول هاي عصبي يا نورون ها چه حسي باشند، چه حرکتي و چه بزرگ يا کوچک، فعاليتشان هم الکتريکي است و هم شيميايي. براي تنظيموضعيت کلي سيستم عصبي نورون ها هم با يکديگر همکاري مي کنندو هم با هم رقابت دارند درست مانند افراد يک اجتماع که در هنگام تصميم گيري در يک مورد خاص با يکديگر همکاري و رقابت مي کنند. پيام هاي عصبي شيميايي پس از اينکه از آکسون ها به دندريت ها منتقل مي شوند به پيام هاي الکتريکي تبديل شده و به ساير پيام هاي الکتريکي دريافت شده از سيناپس هاي ديگر اضافه يا از آن کم مي گردند و در نهايت بر اساس برآيند اين پيام هاي الکتريکي در مورد اينکه پيام عصبي به محل ديگري منتقل گردد يا نه تصميم گيري مي شود. به همين ترتيب پتانسيل هاي الکتريکي مي توانند در مسير سلول عصبي تا آکسون ها حرکت کرده و در سيناپس بعدي به دندريت نورون ديگري منتقل شوند و اين چرخه همين طور ادامه مي يابد.
نورون پويا
يک نورون شامل دندريت ها، يک جسم سلولي، يک آکسون و پايانه هاي سيناپسي است. از لحاظ عملکردي يک نورون شامل بخش گيرنده (دندريت ها)، بخش ادغام (جسم سلولي) و بخش انتقال دهنده پيام عصبي (آکسون ها) مي باشد. در اصطلاح به اين مفهوم که تمام اطلاعات پردازش شده در نورون در يک جهت حرکت مي کند قطبيدگي polarization() مي گويند.
مانند هر ساختار ديگري اين ساختار نيز بايد ذراتش به روشي کنار هم نگه داشته شود. غشاء خارجي نورون ها از ذراتي با ساختار چربي تشکيل شده. به دور اين غشاء اسکلت سلولي که از لوله هاي توبولي و پروتئين هاي فيلامنتي تشکيل شده، پيچيده شده است. درست مانند چادري که بر روي ساختار لوله اي پايه اش بنا شده. بخش هاي مختلف يک نورون دائما در حال حرکت هستند. در طول اين پروسه تغيير شکل و نوآرايي اين بخش ها در حقيقت بيانگر ميزان فعاليت خود و يا بخش هاي مجاور خود است. دندريت ها تغيير شکل مي دهند، روابط جديدي برقرار مي کنند و يا ممکن است به برخي روابط خاتمه دهند. آکسون ها مي توانند در زماني که سلول عصبي مي خواهد به اصطلاح با صداي بلندتري با سلول هاي مجاور صحبت کند (با شدت بيشتري با سلول هاي مجاور ارتباط برقرار کند) پايانه هاي جديدي ايجاد کنند.
● پتانسيل عمل
براي ارتباط بين يک نورون با نورون ديگر، پيام عصبي در ابتدا مي بايست در طول آکسون جلو رود. نورون ها چگونه اين عمل را انجام مي دهند؟
جواب اين سوال در انرژي ذخيره شده به شکل گراديان هاي فيزيکي و شيميايي و در نحوه ترکيب کردن اين نيروها با يکديگر است. در طول آکسون هاي نورون ها، پالس هاي الکتريکي به نام پتانسيل هاي عمل به جلو پيش مي روند درست مانند امواجي که در طول طناب بازي به جلو مي روند.
بعضي کانال ها، يون سديم وارد مي کنند Na(+) و برخي يون پتانسيم K(+) زماني که کانال ها باز مي شوند در پاسخ به دپلاريزاسيون الکتريکي غشاء يون هاي سديم و پتاسيم در جهت خلاف گراديان شيميايي و الکتريکي خود به داخل يا خارج سلول جاري مي شوند.
● دريافت و تصميم گيري
در بخش دريافت کننده يک سلول عصبي، دندريت ها در فاصله بسيار نزديکي از آکسون ورودي سلولي ديگر قرار دارند (فاصله اي در حد۲۰ ميلياردم متر) يک دندريت مي تواند در تماس با يک سلول عصبي، تعداد کم و يا حتي هزاران سلول عصبي ديگر باشد. اين محل هاي اتصال در سلول هاي عصبي سيناپس گفته مي شود. اين واژه از يک واژه يوناني به معني در آغوش گرفتن چيزي (يا بين دو چيز قلاب بستن) گرفته شده.
اکثر سيناپس هاي قشر مخ در محل خارهاي دندريتي واقع شده اند که مانند ميکروفن هايي بيرون زده اند و منتظر سيگنال هاي ضعيف ورودي هستند. ارتباط بين سلول هاي عصبي در محل سيناپس ها، انتقال سيناپسي ناميده مي شود که شامل يک فرايند شيميايي است. زماني که يک دندريت يکي از پيام هاي شيميايي که از آکسون سلول ديگري که فضاي ما بين آزاد شده را دريافت مي کند، جريان هاي مينياتوري الکتريکي در داخل خار دندريتي ايجاد مي گردد. اين جريان ها که معمولا به سمت داخل سلول حرکت مي کنند را تحريک excitation() و اگر به خارج از سلول حرکت مي کنند، مهار مي نامند.
همه اين جريان هاي مثبت و منفي در دندريت ها جمع شده و به سمت جسم سلولي حرکت مي کنند. اگر مقدار اين جريان ها در مجموع بتواند از ميزان آستانه اي بالاتر رود، سلول عصبي مي تواند پيامي را به سلول ديگر منتقل کند. در غير اين صورت جريان هاي ضعيف موجود بزودي از بين مي روند و هيچ اتفاقي نمي افتد. سپس نورون مشابه يک ماشين حساب بسيار کوچک مينياتوري مدام در حال جمع زدن يا کم کردن پيام هايي است که از ساير نورون ها دريافت مي کند. بعضي سيناپس ها تحريکي و بعضي مهاري اند. نحوه تاثير اين پيام ها در تشکيل پايه و اساس حواس، فکر کردن و يا حرکت به مقدار زيادي به اين بر مي گردد که سلول عصبي ما در چه شبکه اي قرار گرفته است.
زماني که پتانسيل عمل Action Potential() به جسم سلولي مي رسد، اولين کانال هايي که باز مي شوند کانال هاي سديمي اند. موجي از يون هاي سديم به يکباره وارد سلول مي شوند و تعادل يوني جديدي در داخل سلول ايجاد مي شود (در کمتر از يک هزارم ثانيه) در يک چشم بهم زدن ولتاژ درون سلول به ميزان۱۰۰ ميلي ولت تغييرمي کند. يعني از ولتاژ داخل سلول عصبي که در حال استراحت۷۰ - ميلي ولت است در اثر ورود يون هاي سديم با بار مثبت به ولتاژ۳۰ + ميلي ولت تغيير مي يابد. اين تغيير سبب باز شدن کانال هاي پتاسيمي و خروج يون هاي پتاسيم از سلول مي شود.
تقريبا با همان سرعتي که يون هاي سديم وارد سلول شده بودند، اين بار موجي از يون هاي پتاسيم از سلول خارج شده و در نتيجه پتانسيل غشاء در داخل سلول مجددا با همان وضعيت اوليه منفي باز مي گردد. زمان وقوع يک پتانسيل عمل با همه بخش هاي گفته شده حتي کمتر از زماني است که يک چراغ را روشن و بلافاصله خاموش مي کنيد.
همان طور که ديديد، يون هاي کمي براي ايجاد پتانسيل عمل بايد از غشاء عبور کنند و در غلظت يون هاي پتاسيم و سديم نيز تغيير چشمگيري ايجاد نخواهد شد. ولي در مدت زمان بيشتر غلظت اين يون ها در داخل و خارج سلول مي بايست متعادل نگه داشته شود.
اين عمل از جمله وظايف پم‘ هاي يوني است. وظيفه اين پم‘ ها اين است که يون هاي سديم اضافي را از سلول خارج کنند. درست مانند کشتي اي است که به علت داشتن سوراخ کوچکي در بدنه اش به داخل آن کمي آب نشت مي کند و ما اين آب اضافه را از داخل کشتي با سطل بيرون مي ريزيم بدون اينکه به مقاومت اين سوراخ کوچک در برابر فشار آبي که کشتي بر روي آن در حرکت است لطمه اي وارد کنيم.
مي توان گفت، پتانسيل عمل يک جريان الکتريکي پيچيده است. رشته هاي عصبي مانند رساناهاي الکتريکي عمل مي کنند. (اگر چه کارآيي شان بسيار کمتر از سيم هاي عايق دار است) در نتيجه وقتي يک پتانسيل عمل در جايي ايجاد مي شود، يک گراديان ولتاژي بين سلول فعال و غشاء سلول در حال استراحت مجاور آن ايجاد شده و به همين ترتيب پتانسيل عمل به شکل يک موج دپلاريزاسيون از يک سر رشته عصبي تا سر ديگر آن منتقل مي گردد.
مثالي که شما را در فهم نحوه جابه جايي پتانسيل عمل کمک مي کند انتقال انرژي در طول فشفشه هاي آتش بازي است. اولين شعله آتش در يک سر فشفشه موجب ايجاد جرقه هاي سريع در محل (معادل يون هايي که در محل پتانسيل عمل به داخل و خارج آکسون جريان پيدا مي کنند) و انتقال انرژي در طول فشفشه مي شود.
اگر چه سرعت انتقال انرژي در يک فشفشه بسيار کمتر از سرعت انتقال پتانسيل عمل در سلول عصبي است. تفاوت ديگر اين مثال با سلول هاي عصبي در خاصيت شگفت انگيز رشته هاي عصبي است که قادرند بعد از يک زمان کوتاه بدون فعاليت refractory period() غشاء آکسوني که تا لحظه اي پيش پتانسيل عمل را منتقل کرده بود قادر است مجددا قابليت انفجاري خود را باز يابد و براي پتانسيل عمل بعدي آماده شود. بخش زيادي از اين اطلاعات در نتيجه آزمايشات شگفت انگيزي به دست آمده که حدودا۵۰ سال پيش بر روي نورون هاي بسيار بزرگ و آکسون هاي برخي جانوران دريايي انجام شد. اندازه بزرگ اين سلول ها محققين را قادر ساخت تا الکترودهاي بسيار کوچکي را داخل سلول قرار دهند و تغييرات ولتاژ الکتريکي را بسنجند.
امروزه به کمک تکنيک مدرني به نام تکنيکclamping-patch ، دانشمندان علوم اعصاب مي توانند جابه جايي يون ها در هر کانال يوني را در انواع مختلف نورون ها بررسي کرده و بادقت بسياري اين جريان هاي عصبي را که بسيار شبيه جريان هاي عصبي مغز انسان است اندازه گيري کنند.
● عايق بندي آکسون ها
در بسياري از آکسون ها انتقال پتانسيل هاي عمل با اينکه به خوبي انجام مي شود از سرعت بالايي برخوردار نيست. اما در برخي آکسون ها پتانسيل عمل مي تواند در يک چشم بهم زدن رشته عصبي را با سرعت بالايي طي کند.
چرا که در اين آکسون ها غلاف هاي خاصي که رشته هايي با ساختار چربي متشکل از غشاء سلول هاي گليال glial() درست شده اند به دور رشته هاي بلند آکسون پيچيده شده اند. به اين پوشش، غلاف ميلين گفته مي شود.
تحقيقات اخير نشان مي دهد که اين غلاف ميليني از چه پروتئين هايي تشکيل شده است. اين پوشش از نشت کردن جريان هاي يوني به محل هاي اشتباه جلوگيري مي کند. اگر چه سلول هاي گليال تشکيل دهنده اين غلاف دور برخي بخش هاي آکسون را خالي مي گذارند. اين محل ها محل تجمع کانال هاي سديمي و پتاسيمي آکسون است و مسئوليت تقويت، حفظ و تسريع پيام عصبي را بر عهده دارند. در نورون هاي ميلينه شده myelinated neurons() پتانسيل عمل مي تواند با سرعت۱۰۰ متر در ثانيه پيش رود.
پتانسيل عمل از قانون همه يا هيچ تبعيت مي کند. در نتيجه شدت پتانسيل هاي عمل با هم تفاوتي ندارد تنها فاکتور مهم تعدد دفعات ايجاد پتانسيل عمل است که تنها عامل تعيين کننده ميزان قدرت و طول اثر يک محرک مي باشد. کارآمدترين آکسون ها مي توانند در هر ثانيه،۱۰۰۰ بار پتانسيل هاي عمل را منتقل کنند.

اختلالات تشنجي، حاصل تغيير در فعاليت الکتريکي مغز است که به تخليه غيرطبيعي و بيش از حد گروهي از سلول هاي مغزي منجر مي شود. گاه علت تشنج، هيپوکسي، آسيب ...

سنسورهاي هدايت سنج، تغييرات در امپدانس الكتريكي بين دو الكترود را اندازه مي گيرد كه اين تغييرات مي تواند در يك واسطه يا در فضاي حجيم۲۱ باشد و مي تواند ...

فيزيک علم شناختن قانون هي عمومي و کلي حاکم بر رفتار ماده و انرژي است. کوشش هي پيگير فيزيکدانان در اين راه سبب کشف بسياري از قانون هي اساسي، بيان نظريه ...

آشکار سازي هاي نيمه هادي نوترون براي راديوبيولوژي نوترون و شمارش آن داراي اهميت بسيار زيادي هستند. آشکار سازي هاي ساده سيليکوني نوترون ترکيبي از يک دي ...

با توجه به موفقيتهاي چشمگير در زمينه فناوري نانو در سال ۲۰۰۶، انتخاب ۵ تحول برتر کاري آسان به نظر نميرسد. يکي از مهمترين موضوعات مورد بحث در سال ۲۰۰۶، ...

دانلود نسخه PDF - نورون ها