پیام عصبی: سیگنال الکتریکی در یاخته عصبی ناشی از تحریک گیرنده

بروزرسانی شده در: 9:36 1404/07/11 مشاهده: 9 دسته بندی: کپسول آموزشی

پیام عصبی: سفیر الکتریکی بدن

درک چگونگی ارتباط سلول‌های عصبی برای فهمیدن عملکرد بدن موجودات زنده ضروری است.

این مقاله به بررسی فرآیند شگفت‌انگیز پیام عصبی¹ می‌پردازد. شما با مفاهیم پایه‌ای مانند پتانسیل آرامش²، پتانسیل عمل³، و نحوه انتقال سیگنال در سیناپس⁴ آشنا خواهید شد. این مباحث به زبان ساده و با مثال‌های کاربردی برای دانش‌آموزان مقاطع مختلف ارائه شده‌اند.

سلول عصبی: ساختمان یک فرستنده و گیرنده

برای درک پیام عصبی، ابتدا باید با سازنده آن، یعنی یاخته عصبی⁵ یا نورون آشنا شویم. هر نورون مانند یک ایستگاه رادیویی کوچک است که پیام‌ها را دریافت، پردازش و ارسال می‌کند.

بخش نورون	کاربرد	مثال مشابه
دندریت⁶	دریافت پیام از نورون‌های دیگر	آنتن ماهواره
تنه یاخته⁷	پردازش اطلاعات دریافتی	پردازنده مرکزی کامپیوتر
آکسون⁸	انتقال پیام به سمت مقصد	کابل فیبر نوری
پایانه آکسون⁹	ارسال پیام به نورون بعدی	فرستنده رادیویی

پتانسیل آرامش: حالت آماده‌باش نورون

وقتی یک نورون در حال ارسال پیام نیست، در حالت پتانسیل آرامش قرار دارد. در این حالت، داخل نورون از نظر بار الکتریکی نسبت به بیرون آن منفی‌تر است. این وضعیت مانند یک کمان است که کشیده شده اما رها نشده؛ نورون آماده است اما هنوز فعال نیست.

چرا داخل نورون منفی است؟ این به دلیل تفاوت در غلظت یون‌ها در دو طرف غشای نورون است. پمپ‌های خاصی در غشا وجود دارند که به طور فعال یون‌های پتاسیم (K+) را به داخل و یون‌های سدیم (Na+) را به خارج پمپ می‌کنند. این کار مانند یک پمپ است که دائماً در حال ایجاد تعادل است، اما در نهایت باعث می‌شود بار منفی داخل سلول بیشتر شود. مقدار این پتانسیل حدود -70 میلی‌ولت است که با فرمول نشان داده می‌شود: $ V_{rest} \approx -70 mV $.

پتانسیل عمل: ایجاد و سفر پیام عصبی

وقتی یک محرک (مثل لمس یک جسم داغ) به اندازه کافی قوی باشد، حالت آرامش به هم می‌خورد و پتانسیل عمل ایجاد می‌شود. این یک تغییر سریع و کوتاه در ولتاژ غشا است که مانند یک موج در طول آکسون حرکت می‌کند.

این فرآیند را می‌توان به سه مرحله اصلی تقسیم کرد:

۱. دپولاریزاسیون¹⁰: کانال‌های سدیم در غشا باز می‌شوند و یون‌های سدیم با بار مثبت به داخل سلول هجوم می‌آورند. این باعث می‌شود بار داخل سلول به سرعت به سمت مثبت برود (مثلاً تا +40 mV). مانند این است که یک سد شکسته شود و آب به داخل جاری شود.

۲. رپولاریزاسیون¹¹: بلافاصله پس از آن، کانال‌های پتاسیم باز می‌شوند و یون‌های پتاسیم با بار مثبت از سلول خارج می‌شوند. این کار بار مثبت داخل سلول را کاهش داده و دوباره به سمت منفی می‌برد.

۳. دوره مقاومت¹²: پس از هر پتانسیل عمل، یک دوره کوتاه وجود دارد که در آن نورون نمی‌تواند پتانسیل عمل دیگری ایجاد کند، حتی اگر محرک قوی باشد. این مانند زمانی است که پس از شلیک یک اسلحه، باید زمان بگذارید تا آن را دوباره پُر کنید.

قانون همه یا هیچ: پتانسیل عمل از قانون "همه یا هیچ" پیروی می‌کند. یعنی اگر محرک به یک آستانه مشخص نرسد، هیچ پتانسیل عملی رخ نمی‌دهد. اما اگر به آستانه برسد، پتانسیل عمل به حداکثر قدرت خودش ایجاد می‌شود. شدت محرک بر روی تعداد پتانسیل‌های عمل در واحد زمان تأثیر می‌گذارد، نه بر روی اندازه هر پتانسیل عمل. مانند فشار دادن دکمه چاپگر: یا پرینت می‌گیرید یا نمی‌گیرید، اما برای پرینت یک سند بزرگ، باید دکمه را بیشتر فشار دهید (تعداد پالس‌ها بیشتر می‌شود).

سیناپس: پل ارتباطی بین نورون‌ها

پیام عصبی چگونه از یک نورون به نورون بعدی می‌رسد؟ این انتقال در محل ویژه‌ای به نام سیناپس اتفاق می‌افتد. سیناپس یک شکاف بسیار کوچک بین پایانه آکسون یک نورون و دندریت نورون بعدی است.

وقتی پتانسیل عمل به پایانه آکسون می‌رسد، باعث می‌شود وزیکول‌های¹³ حاوی مواد شیمیایی به نام ناقل عصبی¹⁴ با غشای پایانه جوش بخورند و این مواد را به داخل شکاف سیناپسی آزاد کنند. این ناقل‌های عصبی سپس به گیرنده‌های روی دندریت نورون بعدی متصل می‌شوند. این اتصال مانند قرار دادن کلید در قفل است و می‌تواند یک پیام جدید (مثلاً یک پتانسیل عمل جدید) را در نورون بعدی راه‌اندازی کند.

پیام عصبی در عمل: از احساس تا عمل

بیایید این فرآیند را با یک مثال ساده دنبال کنیم: وقتی دست خود را به طور تصادفی روی یک فنجان چای داغ می‌گذارید.

دریافت: گیرنده‌های حسی¹⁵ در پوست دست شما گرمای شدید (محرک) را تشخیص می‌دهند.
تبدیل: این انرژی گرمایی به یک پیام الکتریکی (پتانسیل عمل) در نورون حسی تبدیل می‌شود.
انتقال: این پیام از طریق آکسون نورون حسی به سمت نخاع و سپس مغز شما حرکت می‌کند.
انتقال سیناپسی: در نخاع، پیام از طریق سیناپس از نورون حسی به نورون‌های دیگر منتقل می‌شود.
پردازش: مغز شما این پیام را به عنوان "درد" یا "گرمای شدید" تفسیر می‌کند.
دستور عمل: مغز پیامی را از طریق نورون‌های حرکتی¹⁶ به عضلات دست شما می‌فرستد.
پاسخ: عضلات دست شما منقبض می‌شوند و شما دست خود را به سرعت از فنجان دور می‌کنید. این کل فرآیند در کسری از ثانیه اتفاق می‌افتد!

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

آیا پیام عصبی واقعاً یک جریان الکتریکی مانند سیم برق است؟

خیر، این یک اشتباه رایج است. در سیم‌های برق، الکترون‌ها جریان می‌یابند. اما در نورون، پیام عصبی یک موج ناشی از حرکت یون‌ها (اتم‌های باردار) مانند سدیم و پتاسیم در دو طرف غشا است. این موج با باز و بسته شدن کانال‌های یونی به طور متوالی در طول آکسون ایجاد و منتقل می‌شود.

سرعت پیام عصبی چقدر است؟ آیا همه پیام‌ها با یک سرعت حرکت می‌کنند؟

سرعت پیام‌های عصبی در بدن انسان می‌تواند از 0.5 متر بر ثانیه تا بیش از 120 متر بر ثانیه متغیر باشد. سرعت به قطر آکسون و وجود یک پوشش عایق به نام غلاف میلین¹⁷ بستگی دارد. آکسون‌های دارای میلین، پیام را بسیار سریع‌تر منتقل می‌کنند. این تفاوت مانند مقایسه سرعت راه رفتن با سرعت یک قطار سریع‌السیر است.

آیا پیام عصبی همیشه منجر به انقباض عضله می‌شود؟

خیر. نتیجه یک پیام عصبی کاملاً به این بستگی دارد که آن پیام به کجا می‌رود و کدام نورون‌ها و سیناپس‌ها را درگیر می‌کند. یک پیام می‌تواند باعث انقباض عضله، ترشح هورمون، ایجاد یک فکر، ذخیره یک خاطره، یا حتی جلوگیری از یک عمل دیگر شود. مغز مانند یک مرکز کنترل بسیار پیچیده، این پیام‌ها را یکپارچه می‌کند تا پاسخ مناسب را ایجاد کند.

جمع‌بندی: پیام عصبی، که به صورت پتانسیل عمل نشان داده می‌شود، زبان اصلی ارتباط در سیستم عصبی است. این پیام با تغییرات سریع و کنترل‌شده در بار الکتریکی غشای نورون ایجاد و در طول آکسون منتقل می‌شود. انتقال این پیام بین نورون‌ها در سیناپس و از طریق ناقل‌های عصبی شیمیایی انجام می‌پذیرد. درک این فرآیند پایه و اساس فهم نحوه دریافت اطلاعات از محیط، پردازش آن در مغز و تولید پاسخ‌های مناسب توسط بدن است.

پاورقی

¹ Nerve Impulse ² Resting Potential ³ Action Potential ⁴ Synapse ⁵ Neuron ⁶ Dendrite ⁷ Soma/Cell Body ⁸ Axon ⁹ Axon Terminal ¹⁰ Depolarization ¹¹ Repolarization ¹² Refractory Period ¹³ Vesicles ¹⁴ Neurotransmitter ¹⁵ Sensory Receptors ¹⁶ Motor Neurons ¹⁷ Myelin Sheath

پیام عصبی پتانسیل عمل سیناپس ناقل عصبی یاخته عصبی

پیام عصبی Nerve Impulse

اطلاع از تغییرات در بسته‌های گاما

کاربر عزیز سلام!