سلول عصبی (نورون) و چگونگی انتقال پیام‌های عصبی
سلول عصبی چیست و چه اجزایی دارد؟
سلول عصبی یا نورون1، سلول تخصص‌یافته‌ای است که مسئول دریافت، پردازش و انتقال اطلاعات در بدن است. میلیاردها نورون در مغز و سراسر سیستم عصبی شما با هم در ارتباط هستند تا شما بتوانید دنیای اطرافتان را درک کنید، فکر کنید و حرکت کنید. هر نورون از چند بخش اصلی تشکیل شده است:
| نام بخش | توضیح و عملکرد |
|---|---|
| دندریت2 | شاخه‌های کوتاهی هستند که مانند آنتن، پیام‌های عصبی را از نورون‌های دیگر یا محیط دریافت می‌کنند. |
| تنهٔ سلول (سوما)3 | بخش مرکزی سلول که هسته و اندامک‌های اصلی را در خود جای داده و اطلاعات دریافتی را پردازش می‌کند. |
| آکسون4 | یک رشتهٔ بلند و نازک است که پیام عصبی پردازش‌شده را از تنهٔ سلول دور می‌کند و به سمت مقصد هدایت می‌کند. |
| پایانهٔ آکسون5 | انتهای آکسون است که پیام را به نورون بعدی یا به یک سلول عضلانی یا غده منتقل می‌کند. |
برای درک بهتر، یک نورون را مانند یک درخت در نظر بگیرید. دندریت‌ها مانند ریشه‌های درخت هستند که آب و مواد مغذی (اطلاعات) را جذب می‌کنند. تنهٔ سلول مانند تنهٔ درخت است و آکسون مانند یک شاخهٔ بسیار بلند است که اطلاعات را به نقاط دورتر می‌فرستد.
پیام عصبی چگونه در طول یک نورون حرکت می‌کند؟ (پتانسیل عمل)
پیام عصبی در واقع یک موج الکتروشیمیایی است که به آن پتانسیل عمل6 می‌گویند. این موج در طول آکسون حرکت می‌کند تا به انتهای آن برسد. برای درک این مفهوم، تصور کنید می‌خواهید یک رشته دومینو را به صف کنید و سپس اولین مهره را هل دهید. یک موج از برخورد مهره‌ها به وجود می‌آید که تا انتهای رشته ادامه پیدا می‌کند. پتانسیل عمل نیز شبیه به همین موج است.
وقتی یک نورون به اندازه کافی تحریک شود، کانال‌های خاصی روی غشای آن باز می‌شوند و اجازه می‌دهند یون‌های سدیم مثبت به داخل هجوم بیاورند. این ورود ناگهانی، بار داخل سلول را به سرعت مثبت می‌کند (تا حدود +40mV). این تغییر ناگهانی بار، همان پتانسیل عمل است. بلافاصله پس از آن، کانال‌های پتاسیم باز می‌شوند و یون‌های پتاسیم مثبت از سلول خارج می‌شوند تا دوباره سلول به حالت استراحت (-70mV) بازگردد. این فرآیند به سرعت و به صورت متوالی در طول آکسون تکرار می‌شود و موج پیام عصبی را به پیش می‌راند.
پیام چگونه از یک نورون به نورون دیگر میرسد؟ (سیناپس)
هنگامی که پیام عصبی به انتهای آکسون (پایانهٔ آکسونی) میرسد، باید از یک فضای میکروسکوپی خالی به نام سیناپس7 عبور کند تا خود را به نورون بعدی یا سلول هدف برساند. نورون‌ها در واقع مستقیماً به هم متصل نیستند.
انتقال پیام در سیناپس به صورت شیمیایی انجام می‌شود. وقتی پتانسیل عمل به پایانه میرسد، کیسه‌های کوچکی به نام وزیکول سیناپسی8 که حاوی مواد شیمیایی به نام نوروترانسمیتر9 (پیام‌رسان‌های عصبی) هستند، به غشای سلول می‌چسبند و محتوای خود را به داخل فضای سیناپسی رها می‌کنند. این مولکول‌ها سپس از فضای سیناپس عبور می‌کنند و به گیرنده‌های خاصی روی دندریت نورون بعدی متصل می‌شوند. اتصال این مولکول‌ها به گیرنده‌ها، مانند چرخاندن کلید در قفل، نورون بعدی را یا تحریک می‌کند تا خودش یک پتانسیل عمل جدید ایجاد کند، یا مهار می‌کند تا پیام متوقف شود.
نورون‌ها در عمل: از لمس یک شیء تا عقب کشیدن دست
حالا بیایید تمام این مراحل را در یک مثال واقعی و ساده ببینیم: زمانی که دست شما یک شیء داغ را لمس می‌کند.
- دریافت محرک: گیرنده‌های حسی (که خود نوع خاصی از نورون هستند) در پوست انگشت شما، محرک «گرما» را دریافت می‌کنند.
- تبدیل به پیام الکتریکی: این گیرنده‌ها، انرژی گرمایی را به یک پیام الکتروشیمیایی (پتانسیل عمل) تبدیل می‌کنند.
- هدایت به مغز: این پیام از طریق آکسون‌های بلند نورون‌های حسی، همراه مسیرهای عصبی به سرعت به سمت مغز هدایت می‌شود.
- انتقال سیناپسی در نخاع: پیام قبل از رسیدن به مغز، در نخاع از طریق سیناپس از نورون حسی به نورون رابط منتقل می‌شود.
- پردازش و تصمیم‌گیری: مغز پیام را دریافت و پردازش می‌کند («آهان! این خیلی داغه!»). سپس یک دستور جدید صادر می‌کند: «دست رو بکش!».
- ارسال دستور به عضلات: پیام جدید از مغز و از طریق نخاع، از طریق سیناپس‌های دیگر، به نورون‌های حرکتی میرسد.
- انقباض عضله: نورون‌های حرکتی، پیام را به عضلات دست شما می‌فرستند. در سیناپس بین عصب و عضله، نوروترانسمیتر استیل‌کولین آزاد می‌شود که باعث انقباض سریع عضلات و عقب کشیدن دست می‌شود. به این کل مسیر، قوس رفلکس می‌گویند.
جالب اینجاست که این کل فرآیند، که شامل عبور پیام از چندین نورون و سیناپس است، در کسری از ثانیه اتفاق می‌افتد!
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
این یک باور قدیمی بود. امروزه می‌دانیم که در برخی مناطق مغز (مانند هیپوکامپ10) فرآیند نوروژنز یا تولید نورون‌های جدید در طول زندگی ادامه دارد، اگرچه سرعت آن به مرور زمان کاهش می‌یابد.
سرعت انتقال پیام‌های عصبی می‌تواند بسیار متفاوت باشد. برخی از آکسون‌ها توسط یک غلاف چربی به نام میلین11 عایق‌بندی شده‌اند. این غلاف مانند عایق سیم برق عمل می‌کند و به پیام اجازه می‌دهد با پرش از بین شکاف‌ها (گره‌های رانویه12) با سرعت بسیار بالاتری (تا 120 m/s) حرکت کند. آکسون‌های فاقد میلین پیام را کندتر (2 m/s) هدایت می‌کنند.
استفاده از سیناپس شیمیایی دو مزیت بزرگ دارد: ۱. تقویت سیگنال: یک پیام الکتریکی ضعیف می‌تواند باعث آزاد شدن تعداد زیادی مولکول نوروترانسمیتر شود و یک سیگنال قوی در نورون بعدی ایجاد کند. ۲. انعطاف‌پذیری و کنترل: امکان مهار پیام فراهم می‌شود. نورون بعدی می‌تواند تصمیم بگیرد که آیا به اندازه کافی تحریک شده است یا خیر. این اساس یادگیری و شکل‌گیری حافظه است.
پاورقی
1 نورون (Neuron): سلول عصبی.
2 دندریت (Dendrite): زائده‌های دریافت‌کنندهٔ پیام.
3 تنهٔ سلول (Soma): بخش اصلی سلول شامل هسته.
4 آکسون (Axon): زائدهٔ بلند انتقال‌دهندهٔ پیام.
5 پایانهٔ آکسون (Axon Terminal): انتهای آکسون.
6 پتانسیل عمل (Action Potential): موج الکتریکی پیام عصبی.
7 سیناپس (Synapse): فضای بین دو نورون.
8 وزیکول سیناپسی (Synaptic Vesicle): کیسه‌های حاوی نوروترانسمیتر.
9 نوروترانسمیتر (Neurotransmitter): پیام‌رسان‌های شیمیایی.
10 هیپوکامپ (Hippocampus): ناحیه‌ای در مغز مسئول حافظه و یادگیری.
11 میلین (Myelin): غلاف چربی عایق‌کنندهٔ آکسون.
12 گره‌های رانویه (Nodes of Ranvier): فضاهای خالی بین غلاف‌های میلین.