12.3: وظيفة الأنسجة العصبية
- Page ID
- 203188
أهداف التعلم
- التمييز بين الوظائف الرئيسية للجهاز العصبي: الإحساس والتكامل والاستجابة
- ضع قائمة بتسلسل الأحداث في مستقبل حسي بسيط - مسار الاستجابة الحركية
بعد النظر إلى مكونات الأنسجة العصبية والتشريح الأساسي للجهاز العصبي، يأتي بعد ذلك فهم كيفية قدرة الأنسجة العصبية على التواصل داخل الجهاز العصبي. قبل الوصول إلى الصواميل والمسامير الخاصة بكيفية عمل ذلك، سيكون من المفيد توضيح كيفية تجميع المكونات معًا. تم تلخيص مثال في الشكل\(\PageIndex{1}\).
الشكل 12.3.1: اختبار الماء. (1) تحتوي الخلايا العصبية الحسية على نهايات في الجلد تستشعر محفزًا مثل درجة حرارة الماء. تعتمد قوة الإشارة التي تبدأ هنا على قوة الحافز. (2) ستؤدي الإمكانات المتدرجة من النهايات الحسية، إذا كانت قوية بما يكفي، إلى إطلاق إمكانات عمل في الجزء الأولي من المحور العصبي (المجاور مباشرة للنهايات الحسية في الجلد). (3) محور عصبي تدخل العصبون الحسي المحيطي الحبل الشوكي وتتصل بعصبون آخر في المادة الرمادية. الاتصال عبارة عن تشابك عصبي يحدث فيه احتمال متدرج آخر بسبب إطلاق إشارة كيميائية من أطراف المحور العصبي. (4) يبدأ جهد الفعل في الجزء الأولي من هذه الخلية العصبية وينتقل عبر المسار الحسي إلى منطقة من الدماغ تسمى المهاد. يقوم تشابك عصبي آخر بتمرير المعلومات إلى الخلية العصبية التالية. (5) ينتهي المسار الحسي عندما تصل الإشارة إلى القشرة الدماغية. (6) بعد الاندماج مع الخلايا العصبية في أجزاء أخرى من القشرة الدماغية، يتم إرسال أمر حركي من التلفيف المركزي للقشرة الأمامية. (7) العصبون الحركي العلوي يرسل إمكانات الحركة وصولاً إلى الحبل الشوكي. الهدف من العصبون الحركي العلوي هو تشعبات الخلايا العصبية الحركية السفلية في المادة الرمادية للحبل الشوكي. (8) يخرج محور العصبون الحركي السفلي من الحبل الشوكي في العصب ويتصل بالعضلات من خلال وصلة عصبية عضلية للتسبب في تقلص العضلات المستهدفة.
تخيل أنك على وشك الاستحمام في الصباح قبل الذهاب إلى المدرسة. لقد قمت بتشغيل الصنبور لبدء تشغيل الماء أثناء استعدادك للاستحمام. بعد بضع دقائق، تتوقع أن تكون درجة حرارة الماء مريحة للدخول. لذلك تضع يدك في رذاذ الماء. يعتمد ما يحدث بعد ذلك على كيفية تفاعل جهازك العصبي مع محفز درجة حرارة الماء وما تفعله استجابة لهذا التحفيز.
يوجد في جلد أصابع اليدين أو أصابع قدميك نوعًا من المستقبلات الحسية الحساسة لدرجة الحرارة، ويُطلق عليها اسم المستقبل الحراري. عندما تضع يدك تحت الدش (الشكل\(\PageIndex{2}\))، يغير غشاء الخلية للمستقبلات الحرارية حالته الكهربائية (الجهد). يعتمد مقدار التغيير على قوة الحافز (مدى سخونة الماء). وهذا ما يسمى بالإمكانات المتدرجة. إذا كان الحافز قويًا، فسيتغير جهد غشاء الخلية بدرجة كافية لتوليد إشارة كهربائية تنتقل عبر المحور. لقد تعلمت عن هذا النوع من الإشارات من قبل، فيما يتعلق بتفاعل الأعصاب والعضلات عند التقاطع العصبي العضلي. يُطلق على الجهد الذي يتم فيه إنشاء مثل هذه الإشارة اسم العتبة، وتسمى الإشارة الكهربائية الناتجة بإمكانات العمل. في هذا المثال، تنتقل إمكانات الحركة - وهي عملية تعرف باسم الانتشار - على طول المحور العصبي من تلة المحور إلى أطراف المحور العصبي وإلى المصابيح الطرفية المشبكية. عندما تصل هذه الإشارة إلى المصابيح الطرفية، فإنها تتسبب في إطلاق جزيء إشارة يسمى الناقل العصبي.
ينتشر الناقل العصبي عبر مسافة قصيرة من المشبك ويرتبط ببروتين مستقبل الخلايا العصبية المستهدفة. عندما ترتبط الإشارة الجزيئية بالمستقبل، يغير غشاء الخلية للخلايا العصبية المستهدفة حالتها الكهربائية وتبدأ إمكانات متدرجة جديدة. إذا كانت هذه الإمكانية المتدرجة قوية بما يكفي للوصول إلى الحد الأدنى، فإن الخلية العصبية الثانية تولد إمكانات عمل عند تلة المحور. الهدف من هذه العصبون هو خلية عصبية أخرى في مهاد الدماغ، وهي جزء من الجهاز العصبي المركزي يعمل كمرحل للمعلومات الحسية. في مشبك آخر، يتم إطلاق ناقل عصبي ويرتبط بمستقبلاته. ثم يرسل المهاد المعلومات الحسية إلى القشرة الدماغية، وهي الطبقة الخارجية من المادة الرمادية في الدماغ، حيث يبدأ الإدراك الواعي لدرجة حرارة الماء هذه.
داخل القشرة الدماغية، تتم معالجة المعلومات بين العديد من الخلايا العصبية، ودمج حافز درجة حرارة الماء مع المنبهات الحسية الأخرى، مع حالتك العاطفية (أنت لست مستعدًا للاستيقاظ؛ السرير يناديك)، الذكريات (ربما ملاحظات المختبر التي يجب عليك دراستها قبل الاختبار). أخيرًا، تم وضع خطة حول ما يجب القيام به، سواء كان ذلك لرفع درجة الحرارة أو إيقاف الدش بالكامل والعودة إلى السرير أو الدخول إلى الحمام. للقيام بأي من هذه الأشياء، يجب على القشرة الدماغية إرسال أمر إلى جسمك لتحريك العضلات (الشكل\(\PageIndex{3}\)).
الشكل\(\PageIndex{3}\): الاستجابة الحركية. على أساس المدخلات الحسية والتكامل في الجهاز العصبي المركزي، تتم صياغة الاستجابة الحركية وتنفيذها.
تتخصص منطقة من القشرة في إرسال الإشارات إلى الحبل الشوكي للحركة. توجد الخلية العصبية الحركية العلوية في هذه المنطقة، وتسمى التلفيف قبل المركزي للقشرة الأمامية، والذي يحتوي على محور عصبي يمتد على طول الحبل الشوكي. على مستوى الحبل الشوكي الذي يصنع عنده هذا المحور العصبي تشابكًا عصبيًا، يحدث جهد متدرج في غشاء الخلية في خلية عصبية حركية سفلية. هذه العصبون الحركي الثاني مسؤول عن التسبب في تقلص ألياف العضلات. على النحو الموصوف في الفصل الخاص بأنسجة العضلات، تنتقل إمكانات الحركة على طول محور الخلايا العصبية الحركية إلى المحيط. ينتهي المحور العصبي على ألياف العضلات عند التقاطع العصبي العضلي. يتم إطلاق الأسيتيل كولين في هذا المشبك المتخصص، مما يؤدي إلى بدء إمكانية عمل العضلات، بعد إمكانات كبيرة تُعرف باسم إمكانات الصفيحة النهائية. عندما تثير العصبون الحركي السفلي الألياف العضلية، فإنها تنقبض. كل هذا يحدث في جزء من الثانية، ولكن هذه القصة هي أساس كيفية عمل الجهاز العصبي.
الاتصالات المهنية: عالم الفيزيولوجيا العصبية
يمكن أن يكون فهم كيفية عمل الجهاز العصبي قوة دافعة في حياتك المهنية. دراسة الفيزيولوجيا العصبية هي مسار مجزي للغاية يجب اتباعه. هذا يعني أن هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به، لكن المكافآت تستحق الجهد.
يمكن أن يكون المسار الوظيفي لعالم الأبحاث واضحًا: الكلية، كلية الدراسات العليا، أبحاث ما بعد الدكتوراه، منصب البحث الأكاديمي في الجامعة. ستساعدك درجة البكالوريوس في العلوم على البدء، وبالنسبة للفيزيولوجيا العصبية التي قد تكون في علم الأحياء أو علم النفس أو علوم الكمبيوتر أو الهندسة أو علم الأعصاب. لكن التخصص الحقيقي يأتي في كلية الدراسات العليا. هناك العديد من البرامج المختلفة لدراسة الجهاز العصبي، وليس فقط علم الأعصاب نفسه. معظم برامج الدراسات العليا هي الدكتوراه، مما يعني أن درجة الماجستير ليست جزءًا من العمل. عادة ما تعتبر هذه البرامج برامج مدتها خمس سنوات، مع تخصيص أول عامين للعمل الدراسي والعثور على مرشد بحثي، وخصصت السنوات الثلاث الأخيرة للعثور على موضوع البحث ومتابعة ذلك بعقلية شبه فردية. عادة ما ينتج عن البحث عدد قليل من المنشورات في المجلات العلمية، والتي ستشكل الجزء الأكبر من أطروحة الدكتوراه. بعد التخرج بدرجة الدكتوراه، سيبحث الباحثون عن عمل متخصص يسمى زمالة ما بعد الدكتوراه داخل المختبرات القائمة. في هذا المنصب، يبدأ الباحث في تأسيس مهنته البحثية على أمل العثور على منصب أكاديمي في جامعة بحثية.
تتوفر خيارات أخرى إذا كنت مهتمًا بكيفية عمل الجهاز العصبي. خاصة بالنسبة للفيزيولوجيا العصبية، قد تكون درجة الطب أكثر ملاءمة حتى تتمكن من التعرف على التطبيقات السريرية للفيزيولوجيا العصبية وربما العمل مع البشر. مهنة أكاديمية ليست ضرورة. تحرص شركات التكنولوجيا الحيوية على إيجاد علماء متحمسين مستعدين لمعالجة الأسئلة الصعبة حول كيفية عمل الجهاز العصبي بحيث يمكن اختبار المواد الكيميائية العلاجية على بعض الاضطرابات الأكثر صعوبة مثل مرض الزهايمر أو مرض باركنسون أو إصابة الحبل الشوكي.
يواصل الآخرون الحاصلون على شهادة طبية وتخصص في علم الأعصاب العمل مباشرة مع المرضى وتشخيص الاضطرابات النفسية وعلاجها. يمكنك القيام بذلك كطبيب نفسي أو أخصائي نفسي عصبي أو ممرضة في علم الأعصاب أو فني تشخيص عصبي، من بين مسارات مهنية أخرى محتملة.
مراجعة الفصل
يبدأ الإحساس بتنشيط نهاية حسية، مثل المستقبل الحراري في الجلد الذي يستشعر درجة حرارة الماء. تُحدث النهايات الحسية في الجلد إشارة كهربائية تنتقل على طول المحور الحسي داخل العصب إلى الحبل الشوكي، حيث تتشابك مع خلية عصبية في المادة الرمادية للحبل الشوكي. يتم تمرير معلومات درجة الحرارة الممثلة في تلك الإشارة الكهربائية إلى الخلايا العصبية التالية عن طريق إشارة كيميائية تنتشر عبر الفجوة الصغيرة من المشبك وتبدأ إشارة كهربائية جديدة في الخلية المستهدفة. تنتقل هذه الإشارة عبر المسار الحسي إلى الدماغ، مرورًا بالمهاد، حيث يصبح الإدراك الواعي لدرجة حرارة الماء ممكنًا بفضل القشرة الدماغية. بعد دمج هذه المعلومات مع العمليات المعرفية الأخرى والمعلومات الحسية، يرسل الدماغ أمرًا إلى الحبل الشوكي لبدء استجابة حركية من خلال التحكم في العضلات الهيكلية. يتكون المسار الحركي من خليتين، العصبون الحركي العلوي والعصب الحركي السفلي. يوجد جسم الخلية العصبية الحركية العلوية في القشرة الدماغية والمشابك العصبية على خلية في المادة الرمادية للحبل الشوكي. العصبون الحركي السفلي هو تلك الخلية الموجودة في المادة الرمادية للحبل الشوكي ويمتد محورها إلى المحيط حيث تتشابك مع عضلة هيكلية في تقاطع عصبي عضلي.
مراجعة الأسئلة
س: إذا كان المستقبل الحراري حساسًا لأحاسيس درجة الحرارة، فما الذي قد يكون المستقبل الكيميائي حساسًا له؟
أ. ضوء
ب. صوت
C. الجزيئات
د. الاهتزاز
الإجابة: ج
س: أي من هذه المواقع يحدث فيها أعلى مستوى من التكامل في مثال اختبار درجة حرارة الدش؟
أ. العضلات الهيكلية
ب. الحبل الشوكي
C. المهاد
د. القشرة الدماغية
الإجابة: د
س: ما المدة التي تستغرقها جميع الإشارات عبر المسار الحسي وداخل الجهاز العصبي المركزي ومن خلال مسار القيادة الحركية؟
أ. من 1 إلى 2 دقيقة
B. من 1 إلى 2 ثانية
C. جزء من الثانية
D. يختلف باختلاف الإمكانات المتدرجة
الإجابة: ج
س: ما الهدف من الخلايا العصبية الحركية العلوية؟
أ. القشرة الدماغية
ب. الخلايا العصبية الحركية السفلية
C. العضلات الهيكلية
د. المهاد
الإجابة: ب
أسئلة التفكير النقدي
س: يشار إلى الألياف الحسية، أو المسارات، على أنها «واردة». يشار إلى الألياف الحركية، أو المسارات، باسم «فعالة». ما الذي يمكنك استنتاجه حول معنى هذين المصطلحين (الواردين والفعالين) في سياق هيكلي أو تشريحي؟
ج: كلمة واردة تعني «نحو»، كما هو الحال في المعلومات الحسية التي تنتقل من المحيط إلى الجهاز العصبي المركزي. العامل الفعال يعني «الابتعاد عن»، كما هو الحال في الأوامر الحركية التي تنتقل من الدماغ إلى الحبل الشوكي إلى المحيط.
س: إذا كان الشخص يعاني من اضطراب حركي ولا يمكنه تحريك ذراعه طواعية، ولكن عضلاته متوترة، فما هي الخلايا العصبية الحركية - العلوية أو السفلية - التي من المحتمل أن تتأثر؟ اشرح لماذا.
ج: ستتأثر الخلايا العصبية الحركية العلوية لأنها تحمل الأمر من الدماغ إلى الأسفل.
مسرد المصطلحات
- إمكانية العمل
- تغير في جهد غشاء الخلية استجابة لمحفز يؤدي إلى إرسال إشارة كهربائية؛ فريدة من نوعها للخلايا العصبية والألياف العضلية
- قشرة مخية
- الطبقة الخارجية من المادة الرمادية في الدماغ، حيث يحدث الإدراك الواعي
- إمكانات متدرجة
- تغيير في إمكانات الغشاء التي تختلف في الحجم، اعتمادًا على حجم الحافز الذي يسببه
- خلية عصبية حركية سفلية
- العصبون الثاني في مسار القيادة الحركية الذي يرتبط مباشرة بالعضلات الهيكلية
- ناقل عصبي
- إشارة كيميائية تنطلق من البصيلة المشبكية للخلايا العصبية لإحداث تغيير في الخلية المستهدفة
- التلفيف المركزي للقشرة الأمامية
- منطقة القشرة الدماغية المسؤولة عن توليد الأوامر الحركية، حيث يوجد جسم الخلية العصبية الحركية العليا
- الانتشار
- حركة جهد الفعل على طول محور عصبي
- المهاد
- منطقة من الجهاز العصبي المركزي تعمل كمرحل للمسارات الحسية
- مستقبلات حرارية
- نوع من المستقبلات الحسية القادرة على تحويل محفزات درجة الحرارة إلى إمكانات عمل عصبي
- عتبة
- جهد الغشاء الذي تبدأ عنده إمكانات العمل
- الخلايا العصبية الحركية العلوية
- أول خلية عصبية في مسار القيادة الحركية مع جسمها الخلوي في القشرة الدماغية التي تتشابك مع الخلايا العصبية الحركية السفلية في الحبل الشوكي