پیام عصبی چیست؟
سلولهای پیامرسان: نورونها
اساسیترین واحد سازندهی سیستم عصبی، سلول عصبی یا نورون است. هر نورون مانند یک ایستگاه فرستنده و گیرندهی کوچک عمل میکند. ساختار یک نورون به بخشهای اصلی زیر تقسیم میشود:
| نام بخش | کارکرد اصلی | مثال مشابه |
|---|---|---|
| دندریت4 | دریافت پیام از نورونهای دیگر یا محیط. مانند آنتن گیرنده. | ریشههای یک درخت که آب را جذب میکنند. |
| تنهی سلولی | پردازش اطلاعات دریافتی و تصمیمگیری برای ارسال پاسخ. | پردازندهی مرکزی (CPU) رایانه. |
| آکسون5 | انتقال پیام عصبی به سمت نورون بعدی یا سلول هدف. مانند سیم انتقال. | کابل بلند فیبر نوری که دادهها را جابهجا میکند. |
| پایانه آکسون | انتقال پیام به نورون بعدی از طریق فضای سیناپسی. | سوکت یا پریز برق که جریان را منتقل میکند. |
زبان نورونها: پتانسیل عمل چگونه ایجاد میشود؟
پیام عصبی در واقع یک تغییر موقتی در بار الکتریکی دو طرف غشای سلول عصبی است که به آن پتانسیل عمل6 میگویند. برای درک این موضوع، نورون را مانند یک باتری کوچک در نظر بگیرید که در حالت عادی و آمادهبهکار، بار منفی داخلش بیشتر از بیرون است. این حالت را پتانسیل آرامش مینامند.
وقتی یک محرک (مثل تماس دست با یک جسم داغ) به نورون میرسد، "درب"های مخصوصی روی غشا به نام کانالهای یونی به طور ناگهانی باز میشوند. ابتدا یونهای سدیم مثبت ($\ce{Na+}$) به داخل نورون هجوم میآورند. این ورود باعث میشود داخل سلول به طور موقت بار مثبت پیدا کند. این تغییر ناگهانی بار، همان پتانسیل عمل یا پیام عصبی است.
بلافاصله پس از آن، کانالهای پتاسیم ($\ce{K+}$) باز شده و یونهای پتاسیم مثبت از سلول خارج میشوند تا دوباره بار منفی اولیه برقرار شود. این فرآیند با سرعت باورنکردنی (در حد هزارم ثانیه) رخ میدهد.
مسابقهی امدادی در عصب: انتقال پیام
پتانسیل عمل فقط در یک نقطه ایجاد نمیشود. مانند افتادن نخستین قطرهی دومینو، این تغییر بار الکتریکی نقطهی مجاور غشا را تحریک میکند و باعث ایجاد پتانسیل عمل در آن نقطه میشود. به این ترتیب، پیام الکتریکی مانند یک موج از نقطهی تحریک اولیه در طول آکسون نورون به جلو حرکت میکند.
سرعت این انتقال در نورونهای مختلف، متفاوت است. برخی نورونها دارای پوششی چرب به نام غلاف میلین7 هستند که مانند عایق روی سیم، سرعت انتقال پیام را به شدت افزایش میدهد. تصور کنید دو دونده دارید: یکی باید تمام مسیر را بدود (نورون بدون میلین) و دیگری در مسیر دارای تسمهنقاله است (نورون دارای میلین). واضح است که دومی بسیار سریعتر به مقصد میرسد.
عبور از شکاف: سیناپس و پیام شیمیایی
اما پیام چگونه از یک نورون به نورون بعدی میرسد؟ بین نورونها یک فضای بسیار کوچک به نام سیناپس وجود دارد. پیام الکتریکی نمیتواند مستقیماً از این شکاف بپرد. بنابراین، در پایانهی آکسون نورون اول، پیام الکتریکی به یک پیام شیمیایی تبدیل میشود!
با رسیدن پتانسیل عمل به انتهای آکسون، کیسههای کوچکی حاوی مواد شیمیایی به نام ناقل عصبی8 (یا نوروترنسمیتر) با غشای سلول جوش میخورند و این مواد را داخل فضای سیناپسی رها میکنند. این ناقلهای عصبی مانند قایقهای کوچکی هستند که از ساحل نورون اول به سمت ساحل نورون دوم (دندریت آن) شنا میکنند. آنها به گیرندههای خاصی روی دندریت نورون دوم میچسبند و اگر تعداد کافی از آنها این کار را بکنند، میتوانند در نورون دوم یک پتانسیل عمل جدید ایجاد کنند و چرخه تکرار شود.
۱. گیرندههای درد در پوست شما تحریک میشوند (محرک).
۲. یک پیام عصبی در نورونهای حسی با سرعت ایجاد و منتقل میشود (پتانسیل عمل در آکسون).
۳. پیام به نخاع میرسد و در سیناپسها به پیام شیمیایی تبدیل میشود (آزاد شدن ناقل عصبی).
۴. این پیام شیمیایی، نورونهای حرکتی را در نخاع فعال میکند (ایجاد پتانسیل عمل جدید).
۵. پیام عصبی از نورونهای حرکتی به عضلات بازویتان میرسد و فرمان "منقبض شو!" را صادر میکند (انقباض عضله).
همهی این مراحل در کسری از ثانیه اتفاق میافتند!
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاسخ: نه کاملاً. در سیم، الکترونها جریان مییابند، اما در نورون، جابهجایی یونها (اتمهای باردار) در دو طرف یک غشا، باعث ایجاد موج الکتریکی میشود. همچنین، این موج در طول آکسون دائماً دوباره تولید میشود (مانند دومینو)، در حالی که جریان برق در سیم یک جریان پیوسته است.
پاسخ: زیرا در سیناپس باید یک سری فرآیندهای شیمیایی انجام شود: آزاد شدن ناقلهای عصبی، انتشار آنها در فضای سیناپس، اتصال به گیرنده و ایجاد پتانسیل جدید. این مراحل زمانبرتر از انتشار سریع موج الکتریکی در طول آکسون هستند. این تاخیر بسیار کوچک (در حد هزارم ثانیه) است، ولی وجود دارد.
پاسخ: پتانسیل عمل از نظر اندازه همیشه یکسان است (اصل "همه یا هیچ"). اما تعداد پتانسیل عملهای تولید شده در واحد زمان (فرکانس) و تعداد نورونهایی که فعال میشوند، متفاوت است. درد شدید باعث میشود نورونهای بیشتری با سرعت بیشتری پیام بفرستند و مغز این را به عنوان یک محرک قویتر تفسیر میکند.
پاورقی
1نورون (Neuron): سلول عصبی؛ واحد پایهی ساختاری و عملکردی سیستم عصبی.
2یون (Ion): اتم یا مولکولی که به دلیل از دست دادن یا کسب الکترون، دارای بار الکتریکی مثبت یا منفی شده است.
3سیناپس (Synapse): محل ارتباط عملکردی بین دو نورون یا بین یک نورون و یک سلول اثرگذار (مانند سلول عضلانی).
4دندریت (Dendrite): زائدههای کوتاه و منشعب شدهی نورون که پیامها را دریافت میکنند.
5آکسون (Axon): زائدهی بلند و معمولاً منفرد نورون که پیام عصبی را از تنهی سلولی دور میکند.
6پتانسیل عمل (Action Potential): تغییر سریع و برگشتپذیر ولتاژ (بار الکتریکی) در غشای یک سلول تحریکپذیر (مانند نورون یا سلول عضلانی) که پیام عصبی را تشکیل میدهد.
7غلاف میلین (Myelin Sheath): پوشش عایق چربی که برخی آکسونها را میپوشاند و سرعت هدایت پیام عصبی را افزایش میدهد.
8ناقل عصبی (Neurotransmitter): مواد شیمیایی که در پایانههای آکسونی ذخیره شده و برای انتقال پیام عصبی از سیناپس آزاد میشوند.
