كيف يعمل الدماغ البشري؟

يعمل الدماغ كوحدة هيكلية ووظيفية تتكون أساسًا من نوعين من الخلايا: الخلايا العصبية والخلايا الدبقية. تشير التقديرات إلى أن هناك حوالي 100 مليار خلية عصبية في كامل الجهاز العصبي البشري وحوالي 1000 مليار خلية دبقية (هناك 10 أضعاف الخلايا الدبقية أكثر من الخلايا العصبية).

الخلايا العصبية متخصصة للغاية ووظائفها هي تلقي ومعالجة ونقل المعلومات من خلال دوائر وأنظمة مختلفة. تتم عملية نقل المعلومات من خلال المشابك ، والتي يمكن أن تكون كهربائية أو كيميائية.

من ناحية أخرى ، فإن الخلايا الدبقية مسؤولة عن تنظيم البيئة الداخلية للمخ وتسهيل عملية التواصل العصبي. يتم ترتيب هذه الخلايا في جميع أنحاء الجهاز العصبي لتشكيل إذا كانت منظمة وتشارك في عمليات تطوير وتشكيل الدماغ.

في السابق كان يعتقد أن الخلايا الدبقية شكلت فقط بنية الجهاز العصبي ، ومن هنا كانت الأسطورة الشهيرة التي نستخدمها فقط 10 ٪ من الدماغ. لكننا نعلم اليوم أنها تؤدي وظائف أكثر تعقيدًا ، على سبيل المثال ، تتعلق بتنظيم الجهاز المناعي وعمليات اللدونة الخلوية بعد تعرضه للإصابة.

بالإضافة إلى ذلك ، فهي ضرورية لعمل الخلايا العصبية بشكل صحيح ، لأنها تسهل التواصل العصبي وتلعب دورًا مهمًا في نقل العناصر الغذائية إلى الخلايا العصبية.

كما يمكنك تخمين ، الدماغ البشري معقد بشكل مثير للإعجاب. تشير التقديرات إلى أن الدماغ البشري البالغ يحتوي على ما بين 100 إلى 500 تريليون اتصال ، ولمجرتنا حوالي 100 تريليون نجوم ، لذلك يمكن أن نستنتج أن الدماغ البشري أكثر تعقيدًا بكثير من المجرة (غارسيا ، نونيز ، سانتين ، ريدولار ، وفاليرو ، 2014).

التواصل بين الخلايا العصبية: المشابك

تتضمن وظيفة الدماغ نقل المعلومات بين الخلايا العصبية ، ويتم هذا النقل من خلال إجراء أكثر أو أقل تعقيدًا يسمى المشابك العصبية.

المشابك يمكن أن تكون كهربائية أو كيميائية. تتكون المشابك الكهربائية في انتقال ثنائي الاتجاه للتيار الكهربائي بين عصبونين بشكل مباشر ، في حين يوجد في المشابك الكيميائية وجود نقص في الوسطاء تسمى الناقلات العصبية.

في الأساس ، عندما يتصل الخلايا العصبية بخلية أخرى لتفعيلها أو تثبيطها ، فإن التأثيرات النهائية التي يمكن ملاحظتها في السلوك أو في بعض العمليات الفسيولوجية هي نتيجة الإثارة وتثبيط العديد من الخلايا العصبية على طول الدائرة العصبية.

المشابك الكهربائية

المشابك الكهربائية هي أسرع بكثير وأبسط من تلك الكيميائية. وأوضح بطريقة بسيطة ، أنها تتكون في انتقال التيارات الاستقطاب بين اثنين من الخلايا العصبية التي هي قريبة جدا ، تقريبا لصقها معا. هذا النوع من المشبك لا ينتج عادة تغييرات طويلة الأجل في الخلايا العصبية بعد المشبكي.

تحدث هذه المشابك العصبية في الخلايا العصبية ذات الوصلات الضيقة ، والتي يتم فيها لمس الأغشية تقريبًا ، مفصولة ببضع دقائق. إن المسافة بين الخلايا العصبية صغيرة للغاية لأن خلاياها العصبية يجب أن تنضم إلى قنوات مكونة من بروتينات تسمى connexins.

تسمح القنوات التي تشكلها connexins بداخل كلتا العصبونات لتكون على اتصال. من خلال هذه المسام يمكن أن تمر جزيئات صغيرة (أقل من 1 كيلو دالتون) لذلك ترتبط المشابك الكيميائية بعمليات الاتصال الأيضي ، بالإضافة إلى الاتصالات الكهربائية ، من خلال تبادل الرسل الثاني الذي يحدث في المشبك ، مثل إينوسيتول فوسفات ( IP 3 ) أو أحادي فوسفات الأدينوساين الدوري (cAMP).

عادة ما يتم إجراء المشابك الكهربائية بين الخلايا العصبية من نفس النوع ، ومع ذلك ، يمكن أيضًا ملاحظة المشابك الكهربائية بين الخلايا العصبية من أنواع مختلفة أو حتى بين الخلايا العصبية والخلايا النجمية (نوع من الخلايا الدبقية).

تسمح المشابك الكهربائية للخلايا العصبية بالتواصل بطريقة سريعة وتوصيل العديد من الخلايا العصبية بشكل متزامن. بفضل هذه الخصائص ، يمكننا إجراء عمليات معقدة تتطلب نقلًا سريعًا للمعلومات ، مثل العمليات الحسية والحركية والمعرفية (الانتباه والذاكرة والتعلم ...).

المشابك الكيميائية

تحدث المشابك الكيميائية بين الخلايا العصبية المجاورة التي يتم توصيل عنصر ما قبل المشبكي ، وعادة ما تكون محطة طرفية محورية ، تنبعث منها إشارة ، وبعد المشبكي ، والتي توجد عادة في سوما أو التشعبات ، التي تستقبل الإشارة. إشارة.

لا ترتبط هذه الخلايا العصبية ، وهناك مسافة بينهما من 20nm يسمى شق متشابك.

هناك أنواع مختلفة من المشابك الكيميائية اعتمادًا على خصائصها المورفولوجية. وفقًا لـ Gray (1959) ، يمكن تقسيم المشابك الكيميائية إلى مجموعتين.

  • مشابك كيميائية من النوع الأول (غير متماثلة). في هذه المشابك يتم تكوين المكون قبل المشبكي بواسطة أطراف محور عصبي تحتوي على حويصلات مستديرة ويوجد بعد المشبك في التشعبات وهناك كثافة عالية من مستقبلات ما بعد المشبك.
  • مشابك كيميائية من النوع الثاني (متماثل). في هذه المشابك ، يتم تكوين المكون قبل المشبكي بواسطة أطراف محور عصبي تحتوي على حويصلات بيضاوية ويمكن العثور على واحد بعد المشبكي على حد سواء في سوما وفي الشجيرين وهناك كثافة أقل لمستقبلات ما بعد المشبكي من الاختلافات في النوع الأول. نوع المشبك فيما يتعلق بالنوع الأول هو أن شقه التشابكي أضيق (حوالي 12 نانومتر).

يعتمد نوع المشبك على الناقلات العصبية المتورطة فيه ، بحيث تشارك الناقلات العصبية المثيرة ، مثل الغلوتامات ، في عمليات المزامنة العصبية من النوع الأول ، في حين تعمل مثبطات الناقلات العصبية من النوع الثاني ، مثل GABA ، على العمل.

على الرغم من أن هذا لا يحدث في جميع أنحاء الجهاز العصبي ، إلا أنه في بعض المناطق مثل الحبل الشوكي ، وإثبات النيجرا ، والعقد القاعدية ، والكوليكولاي ، هناك نقاط تشابك غابي-إرغيني مع بنية من النوع الأول.

هناك طريقة أخرى لتصنيف نقاط الاشتباك العصبي وهي وفقًا لمكونات ما قبل المشبك وبعد المشبك التي تشكلها. على سبيل المثال ، إذا كان كل من المكون ما قبل المشبكي هو محور عصبي وما بعد المشبكي ، فإن التشعبات تسمى التشابكات axodendritic ، وبهذه الطريقة يمكننا أن نجد متشابكات axoaxonic ، axosomatic ، dendroaxonic ، dendrodendritic ...

نوع المشبك الذي يحدث بشكل متكرر في الجهاز العصبي المركزي هو النوع الأول (غير المتماثل) المشابك العصبية. من المقدر أن ما بين 75-95٪ من نقاط الاشتباك العصبي في القشرة الدماغية هي من النوع الأول ، في حين أن ما بين 5 و 25٪ فقط عبارة عن نقاط ربط من النوع الثاني.

يمكن تلخيص المشابك الكيميائية ببساطة على النحو التالي:

  1. تصل إمكانات الفعل إلى محطة المحور ، وتفتح قنوات أيون الكالسيوم (Ca2 +) ويتم تحرير تدفق الأيونات في شق المشابك.
  2. يتسبب تدفق الأيونات في عملية تلتصق فيها الحويصلات ، المليئة بالناقلات العصبية ، بالغشاء بعد المشبكي وتفتح مسامًا يتم من خلاله إطلاق جميع محتوياته في شق المشبك المتشابك.
  3. ترتبط الناقلات العصبية التي تم إطلاقها بمستقبلات ما بعد المشبكية الخاصة بهذا الناقل العصبي.
  4. إن ربط الناقل العصبي بالخلايا العصبية بعد المشبك ينظم وظائف العصبون بعد المشبكي.

الناقلات العصبية و neuromodulators

يشمل مفهوم الناقل العصبي جميع المواد التي يتم إطلاقها في المشبك الكيميائي والتي تسمح بالاتصال العصبي. الناقلات العصبية تفي بالمعايير التالية:

  • يتم توليفها داخل الخلايا العصبية وموجودة في المحاور العصبية.
  • عندما يتم تحرير كمية كافية من الناقل العصبي ، فإنه يمارس آثاره على الخلايا العصبية المجاورة.
  • عندما يكملون مهمتهم ، يتم القضاء عليهم من خلال آليات التدهور أو التعطيل أو إعادة الامتصاص.

هي عبارة عن مواد تكمل تصرفات الناقلات العصبية عن طريق زيادة أو تقليل تأثيرها. يفعلون ذلك من خلال الانضمام إلى مواقع محددة داخل جهاز الاستقبال بعد المشبك.

هناك العديد من أنواع الناقلات العصبية ، أهمها:

  • الأحماض الأمينية ، والتي يمكن أن تكون مثيرة ، مثل الغلوتامات ، أو مثبطات ، مثل حمض أمينوبيوتريك ، المعروف باسم GABA.
  • أستيل.
  • الكاتيكولاميدات ، مثل الدوبامين أو النورادرينالين
  • إندولامينات ، مثل السيروتونين.
  • نيوروببتيد.