16.6: الجهاز العصبي

أثناء قراءة هذا، يقوم جهازك العصبي بالعديد من الوظائف في وقت واحد. يقوم النظام المرئي بمعالجة ما يظهر على الصفحة؛ يتحكم النظام الحركي في حركات العين ودوران الصفحات (أو النقر بالماوس)؛ تحافظ قشرة الفص الجبهي على الانتباه. حتى الوظائف الأساسية، مثل التنفس وتنظيم درجة حرارة الجسم، يتحكم فيها الجهاز العصبي. الجهاز العصبي هو واحد من نظامين يمارسان السيطرة على جميع أجهزة أعضاء الجسم؛ والآخر هو نظام الغدد الصماء. يعتبر التحكم في الجهاز العصبي أكثر تحديدًا وسرعة من النظام الهرموني. يقوم بتوصيل الإشارات من خلال الخلايا والفجوات الصغيرة بينها وليس من خلال الدورة الدموية كما هو الحال في نظام الغدد الصماء. يستخدم مزيجًا من الإشارات الكيميائية والكهروكيميائية، بدلاً من الإشارات الكيميائية البحتة التي يستخدمها نظام الغدد الصماء لتغطية المسافات الطويلة بسرعة. يكتسب الجهاز العصبي المعلومات من الأعضاء الحسية ويعالجها ومن ثم قد يبدأ الاستجابة إما من خلال الوظيفة الحركية، مما يؤدي إلى الحركة، أو في تغيير الحالة الفسيولوجية للكائن الحي.

تختلف الأنظمة العصبية في جميع أنحاء مملكة الحيوان من حيث الهيكل والتعقيد. تفتقر بعض الكائنات الحية، مثل الإسفنج البحري، إلى الجهاز العصبي الحقيقي. والبعض الآخر، مثل قناديل البحر، يفتقر إلى الدماغ الحقيقي، وبدلاً من ذلك يمتلك نظامًا من الخلايا العصبية المنفصلة ولكن المتصلة (الخلايا العصبية) تسمى «الشبكة العصبية». تحتوي الديدان المفلطحة على كل من الجهاز العصبي المركزي (CNS)، الذي يتكون من عقدة (مجموعات من الخلايا العصبية المتصلة) وحبلين عصبيين، وجهاز عصبي محيطي (PNS) يحتوي على نظام من الأعصاب يمتد في جميع أنحاء الجسم. الجهاز العصبي للحشرات أكثر تعقيدًا ولكنه أيضًا لا مركزي إلى حد ما. يحتوي على الدماغ والحبل العصبي البطني والعقد. يمكن لهذه العقد التحكم في الحركات والسلوكيات دون تدخل من الدماغ.

بالمقارنة مع اللافقاريات، تعتبر الأجهزة العصبية الفقارية أكثر تعقيدًا ومركزية وتخصصًا. في حين أن هناك تنوعًا كبيرًا بين الأجهزة العصبية الفقارية المختلفة، إلا أنها تشترك جميعها في البنية الأساسية: الجهاز العصبي المركزي الذي يحتوي على الدماغ والحبل الشوكي و PNS المكون من الأعصاب الحسية والحركية الطرفية. أحد الاختلافات المثيرة للاهتمام بين الأجهزة العصبية للافقاريات والفقاريات هو أن الحبال العصبية للعديد من اللافقاريات تقع بطنيًا (باتجاه المعدة) بينما تقع الحبال الشوكية الفقارية ظهريًا (باتجاه الخلف). هناك جدل بين علماء الأحياء التطورية حول ما إذا كانت خطط الجهاز العصبي المختلفة هذه قد تطورت بشكل منفصل أو ما إذا كان ترتيب خطة جسم اللافقاريات «انقلب» بطريقة أو بأخرى أثناء تطور الفقاريات.

يتكون الجهاز العصبي من الخلايا العصبية والخلايا المتخصصة التي يمكنها استقبال ونقل الإشارات الكيميائية أو الكهربائية والخلايا الدبقية التي توفر وظائف الدعم للخلايا العصبية. هناك تنوع كبير في أنواع الخلايا العصبية والدبقية الموجودة في أجزاء مختلفة من الجهاز العصبي.

الخلايا العصبية والخلايا الدبقية

يحتوي الجهاز العصبي لذبابة المختبر الشائعة، Drosophila melanogaster، على حوالي 100000 خلية عصبية، وهو نفس عدد سرطان البحر. يُقارن هذا الرقم بـ 75 مليونًا في الماوس و 300 مليون في الأخطبوط. يحتوي الدماغ البشري على حوالي 86 مليار خلية عصبية. على الرغم من هذه الأرقام المختلفة جدًا، تتحكم الأجهزة العصبية لهذه الحيوانات في العديد من السلوكيات نفسها - من ردود الفعل الأساسية إلى السلوكيات الأكثر تعقيدًا مثل العثور على الطعام ومغازلة الأصدقاء. إن قدرة الخلايا العصبية على التواصل مع بعضها البعض وكذلك مع أنواع أخرى من الخلايا تكمن وراء كل هذه السلوكيات.

تشترك معظم الخلايا العصبية في نفس المكونات الخلوية. لكن الخلايا العصبية أيضًا متخصصة للغاية - فالأنواع المختلفة من الخلايا العصبية لها أحجام وأشكال مختلفة تتعلق بأدوارها الوظيفية.

مثل الخلايا الأخرى، تحتوي كل خلية عصبية على جسم خلوي (أو سوما) يحتوي على نواة وشبكة إندوبلازمية ناعمة وخشنة وجهاز جولجي وميتوكوندريا ومكونات خلوية أخرى. تحتوي الخلايا العصبية أيضًا على هياكل فريدة لاستقبال وإرسال الإشارات الكهربائية التي تجعل الاتصال بين الخلايا العصبية ممكنًا (الشكل\(\PageIndex{1}\)). التشعبات هي هياكل تشبه الأشجار تمتد بعيدًا عن جسم الخلية لتلقي الرسائل من الخلايا العصبية الأخرى عند تقاطعات متخصصة تسمى نقاط الاشتباك العصبي. على الرغم من أن بعض الخلايا العصبية لا تحتوي على أي تشعبات، إلا أن معظمها يحتوي على تشعبات واحدة أو أكثر.

الغشاء الدهني ثنائي الطبقة الذي يحيط بالخلايا العصبية غير منفذ للأيونات. للدخول إلى الخلية العصبية أو الخروج منها، يجب أن تمر الأيونات عبر القنوات الأيونية التي تمتد عبر الغشاء. يجب تنشيط بعض القنوات الأيونية لفتحها والسماح للأيونات بالمرور داخل الخلية أو خارجها. هذه القنوات الأيونية حساسة للبيئة ويمكنها تغيير شكلها وفقًا لذلك. تسمى القنوات الأيونية التي تغير هيكلها استجابة لتغيرات الجهد بالقنوات الأيونية ذات الجهد. يُطلق على الفرق في إجمالي الشحنة بين داخل وخارج الخلية اسم إمكانات الغشاء.

تكون الخلية العصبية أثناء الراحة سالبة الشحنة: يكون الجزء الداخلي من الخلية أكثر سالبًا بمقدار 70 مليفولت تقريبًا من الخارج (—70 mV). يُطلق على هذا الجهد اسم إمكانات غشاء الراحة؛ وهو ناتج عن الاختلافات في تركيزات الأيونات داخل وخارج الخلية والنفاذية الانتقائية الناتجة عن القنوات الأيونية. تنتج مضخات الصوديوم والبوتاسيوم في الغشاء تركيزات الأيونات المختلفة داخل وخارج الخلية عن طريق إدخال اثنين من أيونات K ⁺ وإزالة ثلاثة أيونات Na ⁺. تعتبر إجراءات هذه المضخة مكلفة: يتم استخدام جزيء واحد من ATP لكل دورة. يتم استخدام ما يصل إلى 50 بالمائة من ATP الخاص بالخلايا العصبية في الحفاظ على قدرة الغشاء على الراحة. تتحرك أيونات البوتاسيوم (K ⁺)، وهي أعلى داخل الخلية، بحرية إلى حد ما خارج الخلية العصبية عبر قنوات البوتاسيوم؛ ينتج عن فقدان الشحنة الموجبة شحنة سالبة صافية داخل الخلية. تتمتع أيونات الصوديوم (Na ⁺)، المنخفضة من الداخل، بقوة دافعة للدخول ولكنها تتحرك بحرية أقل. تعتمد قنواتها على الجهد وستفتح عندما يؤدي تغيير طفيف في إمكانات الغشاء إلى تحفيزها.

يمكن للخلايا العصبية أن تستقبل المدخلات من الخلايا العصبية الأخرى، وإذا كانت هذه المدخلات قوية بما يكفي، فترسل الإشارة إلى الخلايا العصبية السفلية. يتم نقل الإشارة بين الخلايا العصبية بشكل عام بواسطة مادة كيميائية تسمى الناقل العصبي، والتي تنتشر من محور عصبي لعصبون واحد إلى التغصن في خلية عصبية ثانية. عندما ترتبط جزيئات الناقل العصبي بالمستقبلات الموجودة على تشعبات الخلايا العصبية، يفتح الناقل العصبي قنوات أيونية في الغشاء البلازمي للتغندريت. تسمح هذه الفتحة لأيونات الصوديوم بدخول الخلايا العصبية وتؤدي إلى إزالة الاستقطاب من الغشاء - انخفاض في الجهد عبر غشاء الخلايا العصبية. بمجرد استقبال الإشارة بواسطة التغصينات، فإنها تنتقل بعد ذلك بشكل سلبي إلى جسم الخلية. ستصل إشارة كبيرة بما يكفي من الناقلات العصبية إلى المحور. إذا كان قويًا بدرجة كافية (أي إذا تم الوصول إلى عتبة الإثارة، يتم الوصول إلى إزالة الاستقطاب إلى حوالي -60mV)، فإن إزالة الاستقطاب تخلق حلقة تغذية راجعة إيجابية: مع دخول المزيد من أيونات Na ⁺ إلى الخلية، يصبح المحور أكثر استقطابًا، مما يفتح المزيد من قنوات الصوديوم على مسافات أبعد من جسم الخلية. سيؤدي ذلك إلى فتح قنوات Na ⁺ المعتمدة على الجهد في أسفل المحور العصبي ودخول المزيد من الأيونات الموجبة إلى الخلية. في المحور العصبي، ستصبح هذه «الإشارة» انعكاسًا قصيرًا للانتشار الذاتي لإمكانات غشاء الراحة يسمى إمكانات الفعل.

إمكانات العمل هي حدث الكل أو لا شيء؛ إما أن يحدث أو لا يحدث. يجب الوصول إلى عتبة الإثارة حتى تتمكن الخلايا العصبية من «إطلاق» إمكانات العمل. عندما تندفع أيونات الصوديوم إلى الخلية، يؤدي إزالة الاستقطاب فعليًا إلى عكس الشحنة عبر الغشاء من -70mv إلى +30mV. يؤدي هذا التغيير في إمكانات الغشاء إلى فتح قنوات K ⁺ ذات الجهد، وتبدأ K ⁺ في مغادرة الخلية وإعادة استقطابها. في الوقت نفسه، يتم تعطيل قنوات Na ⁺ حتى لا يدخل Na ⁺ إلى الخلية. تستمر أيونات K ⁺ في مغادرة الخلية وتعود إمكانات الغشاء إلى إمكانات الراحة. عند إمكانية الاستراحة، يتم إغلاق قنوات K ⁺ وإعادة ضبط قنوات Na ⁺. تستمر عملية إزالة الاستقطاب للغشاء في موجة على طول المحور. إنها تنتقل في اتجاه واحد فقط لأن قنوات الصوديوم معطلة وغير متاحة حتى تقترب إمكانات الغشاء من إمكانات الراحة مرة أخرى؛ عند هذه النقطة يتم إعادة ضبطها إلى الإغلاق ويمكن فتحها مرة أخرى.

المحور العصبي عبارة عن هيكل يشبه الأنبوب ينقل الإشارة من جسم الخلية إلى نهايات متخصصة تسمى أطراف المحور. ثم تتشابك هذه الأطراف بدورها مع الخلايا العصبية الأخرى أو العضلات أو الأعضاء المستهدفة. عندما تصل إمكانات الفعل إلى طرف المحور العصبي، يؤدي ذلك إلى إطلاق ناقل عصبي على التغصن في خلية عصبية أخرى. تسمح الناقلات العصبية المنبعثة في أطراف المحاور العصبية بإرسال الإشارات إلى هذه الخلايا الأخرى، وتبدأ العملية مرة أخرى. تحتوي الخلايا العصبية عادةً على محور أو محورين، لكن بعض الخلايا العصبية لا تحتوي على أي محاور.

تُغطى بعض المحاور ببنية خاصة تسمى غمد المايلين، الذي يعمل كعازل لمنع الإشارة الكهربائية من التبدد أثناء انتقالها إلى أسفل المحور. هذا العزل مهم، حيث يمكن أن يصل طول المحور العصبي من الخلايا العصبية الحركية البشرية إلى متر واحد (3.2 قدم) - من قاعدة العمود الفقري إلى أصابع القدم. يتم إنتاج غمد المايلين بواسطة الخلايا الدبقية. على طول المحور توجد فجوات دورية في غلاف المايلين. تسمى هذه الفجوات عقد Ranvier وهي مواقع يتم فيها «إعادة شحن» الإشارة أثناء انتقالها على طول المحور.

من المهم ملاحظة أن خلية عصبية واحدة لا تعمل بمفردها - يعتمد الاتصال العصبي على الروابط التي تصنعها الخلايا العصبية مع بعضها البعض (وكذلك مع الخلايا الأخرى، مثل خلايا العضلات). قد تتلقى التشعبات من خلية عصبية واحدة اتصالًا متشابكًا من العديد من الخلايا العصبية الأخرى. على سبيل المثال، يُعتقد أن التشعبات من خلية بوركينجي في المخيخ تتلقى اتصالًا من ما يصل إلى 200,000 خلية عصبية أخرى.

الشكل\(\PageIndex{1}\): تحتوي الخلايا العصبية على عضيات مشتركة في الخلايا الأخرى، مثل النواة والميتوكوندريا. لديهم أيضًا هياكل أكثر تخصصًا، بما في ذلك التشعبات والمحاور العصبية.

علم الأحياء في العمل: تكوين الخلايا العصبية

في وقت من الأوقات، اعتقد العلماء أن الناس ولدوا مع جميع الخلايا العصبية التي قد تكون لديهم على الإطلاق. تشير الأبحاث التي أجريت خلال العقود القليلة الماضية إلى أن تكوين الخلايا العصبية، ولادة خلايا عصبية جديدة، يستمر حتى مرحلة البلوغ. تم اكتشاف تكوين الخلايا العصبية لأول مرة في الطيور المغردة التي تنتج خلايا عصبية جديدة أثناء تعلم الأغاني. بالنسبة للثدييات، تلعب الخلايا العصبية الجديدة أيضًا دورًا مهمًا في التعلم: تتطور حوالي 1000 خلية عصبية جديدة في الحصين (بنية دماغية تشارك في التعلم والذاكرة) كل يوم. في حين أن معظم الخلايا العصبية الجديدة ستموت، وجد الباحثون أن الزيادة في عدد الخلايا العصبية الجديدة الباقية في الحصين مرتبطة بمدى نجاح الفئران في تعلم مهمة جديدة. ومن المثير للاهتمام أن التمارين الرياضية وبعض الأدوية المضادة للاكتئاب تعزز أيضًا تكوين الخلايا العصبية في الحصين. الإجهاد له تأثير معاكوس. في حين أن تكوين الخلايا العصبية محدود جدًا مقارنة بالتجدد في الأنسجة الأخرى، فقد تؤدي الأبحاث في هذا المجال إلى علاجات جديدة لاضطرابات مثل مرض الزهايمر والسكتة الدماغية والصرع.

كيف يحدد العلماء الخلايا العصبية الجديدة؟ يمكن للباحث حقن مركب يسمى برومودوكسييوريدين (BRDu) في دماغ حيوان. في حين أن جميع الخلايا ستتعرض لـ BRDu، لن يتم دمج BRDu إلا في الحمض النووي للخلايا المولدة حديثًا والتي هي في طور S. يمكن استخدام تقنية تسمى الكيمياء المناعية لإرفاق ملصق الفلورسنت بـ BRDu المدمج، ويمكن للباحث استخدام المجهر الفلوري لتصور وجود BRDu، وبالتالي الخلايا العصبية الجديدة، في أنسجة المخ (الشكل\(\PageIndex{2}\)).

الشكل\(\PageIndex{2}\): تُظهر هذه الصورة خلايا عصبية جديدة في حصين الفئران. تتوهج الخلايا العصبية الجديدة الموسومة بـ brDu باللون الأحمر في هذا المجهري. (مصدر: تعديل عمل للدكتورة مريم فايز، جامعة برشلونة)

مفهوم في العمل

قم بزيارة هذا الرابط للمختبر التفاعلي لمعرفة المزيد من المعلومات حول تكوين الخلايا العصبية، بما في ذلك المحاكاة المعملية التفاعلية والفيديو الذي يشرح كيفية تسمية BRDu للخلايا الجديدة.

في حين أن الخلايا الدبقية غالبًا ما يُنظر إليها على أنها الطبقة الداعمة للجهاز العصبي، فإن عدد الخلايا الدبقية في الدماغ يفوق فعليًا عدد الخلايا العصبية بعامل 10. لن تتمكن الخلايا العصبية من العمل بدون الأدوار الحيوية التي تؤديها هذه الخلايا الدبقية. تقوم الدبقية بتوجيه الخلايا العصبية النامية إلى وجهاتها، والأيونات العازلة والمواد الكيميائية التي من شأنها أن تضر بالخلايا العصبية، وتوفر أغلفة الميالين حول المحاور. عندما لا تعمل الدبقية بشكل صحيح، يمكن أن تكون النتيجة كارثية - تحدث معظم أورام الدماغ بسبب طفرات في الدبقية.

كيف تتواصل الخلايا العصبية

تتطلب جميع الوظائف التي يؤديها الجهاز العصبي - من رد الفعل الحركي البسيط إلى الوظائف الأكثر تقدمًا مثل صنع الذاكرة أو اتخاذ القرار - الخلايا العصبية للتواصل مع بعضها البعض. تتواصل الخلايا العصبية بين محور عصبون واحد والتشعبات، وأحيانًا جسم الخلية، لعصبة عصبية أخرى عبر الفجوة بينهما، والمعروفة باسم الشق المشبكي. عندما تصل إمكانات الفعل إلى نهاية المحور العصبي، فإنها تحفز إطلاق جزيئات الناقل العصبي في الشق المشبكي بين المقبض المشبكي للمحور وغشاء ما بعد التشابك للغزل أو سوما للخلية التالية. يتم إطلاق الناقل العصبي من خلال خروج الحويصلات التي تحتوي على جزيئات الناقل العصبي. ينتشر الناقل العصبي عبر الشق المشبكي ويرتبط بالمستقبلات في غشاء ما بعد التشابك. جزيئات المستقبل هذه عبارة عن قنوات أيونية منظمة كيميائيًا وسيتم فتحها، مما يسمح للصوديوم بدخول الخلية. إذا تم إطلاق عدد كافٍ من الناقلات العصبية، فقد تبدأ إمكانية العمل في الخلية التالية، ولكن هذا ليس مضمونًا. إذا تم إطلاق ناقل عصبي غير كافٍ، فسوف تموت الإشارة العصبية في هذه المرحلة. هناك عدد من الناقلات العصبية المختلفة الخاصة بأنواع الخلايا العصبية التي لها وظائف محددة.

الجهاز العصبي المركزي

يتكون الجهاز العصبي المركزي (CNS) من الدماغ والحبل الشوكي ومغطى بثلاث طبقات من الأغطية الواقية تسمى السحايا («السحايا» مشتقة من اليونانية وتعني «الأغشية») (الشكل\(\PageIndex{3}\)). الطبقة الخارجية هي الأم الجافية، والطبقة الوسطى هي المادة العنكبوتية الشبيهة بالشبكة، والطبقة الداخلية هي البيا ماتر، التي تتصل مباشرة وتغطي الدماغ والحبل الشوكي. يمتلئ الفراغ بين العنكبوتية والشامية بالسائل النخاعي (CSF). يطفو الدماغ في السائل النخاعي، الذي يعمل كوسادة وامتصاص الصدمات.

الشكل\(\PageIndex{3}\): القشرة الدماغية مغطاة بثلاث طبقات من السحايا: الجافية والعناكب وبيا ماتر. (الائتمان: تعديل العمل بواسطة Gray's Anatomy)

ذا برين

الدماغ هو جزء من الجهاز العصبي المركزي الموجود في التجويف القحفي للجمجمة. وهي تشمل القشرة الدماغية، والجهاز الحوفي، والعقد القاعدية، والمهاد، وما تحت المهاد، والمخيخ، وجذع الدماغ، وشبكية العين. الجزء الخارجي من الدماغ عبارة عن قطعة سميكة من نسيج الجهاز العصبي تسمى القشرة الدماغية. تشكل القشرة الدماغية والجهاز الحوفي والعقد القاعدية نصفي الكرة المخية. تربط بين نصفي الكرة الأرضية حزمة من الألياف السميكة تسمى الجسم الثفني (الجسم = «الجسم»؛ الثالوسوم = «القاسي»). على الرغم من وجود بعض وظائف الدماغ التي تتركز في نصف الكرة الأرضية أكثر من الآخر، إلا أن وظائف نصفي الكرة الأرضية زائدة عن الحاجة إلى حد كبير. في الواقع، في بعض الأحيان (نادرًا جدًا) تتم إزالة نصف الكرة الأرضية بأكمله لعلاج الصرع الشديد. في حين أن المرضى يعانون من بعض العجز بعد الجراحة، إلا أنهم قد يواجهون مشاكل قليلة بشكل مدهش، خاصة عندما يتم إجراء الجراحة على الأطفال الذين لديهم أجهزة عصبية غير ناضجة للغاية.

في العمليات الجراحية الأخرى لعلاج الصرع الشديد، يتم قطع الجسم الثفني بدلاً من إزالة نصف الكرة بأكمله. يتسبب هذا في حالة تسمى الدماغ المنقسم، والتي تعطي نظرة ثاقبة للوظائف الفريدة لنصفي الكرة الأرضية. على سبيل المثال، عندما يتم تقديم كائن إلى الحقل البصري الأيسر للمرضى، فقد لا يتمكنون من تسمية الكائن شفهيًا (وقد يزعمون أنهم لم يروا شيئًا على الإطلاق). هذا لأن المدخلات البصرية من المجال البصري الأيسر تعبر وتدخل نصف الكرة الأيمن ولا يمكنها بعد ذلك الإشارة إلى مركز الكلام، والذي يوجد عمومًا في الجانب الأيسر من الدماغ. ومن اللافت للنظر أنه إذا طُلب من مريض مصاب بانقسام الدماغ التقاط جسم معين من مجموعة من الأشياء بيده اليسرى، فسيكون المريض قادرًا على القيام بذلك ولكنه سيظل غير قادر على التعرف عليه شفهيًا.

مفهوم في العمل

قم بزيارة موقع الويب التالي لمعرفة المزيد عن مرضى انقسام الدماغ ولعب لعبة يمكنك من خلالها تصميم تجارب الدماغ المنقسمة بنفسك.

يحتوي كل نصف كروي على مناطق تسمى الفصوص التي تشارك في وظائف مختلفة. يمكن تقسيم كل نصف كرة من القشرة الدماغية للثدييات إلى أربعة فصوص محددة وظيفيًا ومكانيًا: الجبهي والجداري والصدغي والقذالي (الشكل\(\PageIndex{4}\)).

الشكل\(\PageIndex{4}\): تشمل القشرة الدماغية البشرية الفص الجبهي والجداري والصدغي والقذالي.

يقع الفص الجبهي في مقدمة الدماغ فوق العينين. يحتوي هذا الفص على البصلة الشمية التي تعالج الروائح. يحتوي الفص الجبهي أيضًا على القشرة الحركية، وهو أمر مهم لتخطيط الحركة وتنفيذها. تحدد المناطق داخل القشرة الحركية مجموعات العضلات المختلفة. تتحكم الخلايا العصبية في الفص الجبهي أيضًا في الوظائف المعرفية مثل الحفاظ على الانتباه والكلام واتخاذ القرار. تظهر الدراسات التي أجريت على البشر الذين ألحقوا أضرارًا بالفصوص الأمامية أن أجزاء من هذه المنطقة تشارك في الشخصية والتنشئة الاجتماعية وتقييم المخاطر. يقع الفص الجداري في الجزء العلوي من الدماغ. وتشارك الخلايا العصبية في الفص الجداري في الكلام والقراءة أيضًا. تتمثل اثنتان من الوظائف الرئيسية للفص الجداري في معالجة الإحساس الجسدي - أحاسيس اللمس مثل الضغط والألم والحرارة والبرودة - ومعالجة الإدراك الحسي - الإحساس بكيفية توجيه أجزاء الجسم في الفضاء. يحتوي الفص الجداري على خريطة حسية جسدية للجسم تشبه القشرة الحركية. يقع الفص القذالي في الجزء الخلفي من الدماغ. وتشارك بشكل أساسي في الرؤية - رؤية العالم المرئي والتعرف عليه وتحديده. يقع الفص الصدغي في قاعدة الدماغ ويشارك بشكل أساسي في معالجة الأصوات وتفسيرها. يحتوي أيضًا على الحُصين (الذي سمي من اليونانية باسم «فرس البحر»، والذي يشبهه في الشكل) وهو هيكل يعالج تكوين الذاكرة. تم تحديد دور الحُصين في الذاكرة جزئيًا من خلال دراسة أحد مرضى الصرع المشهورين، HM، الذي تمت إزالة جانبي الحصين في محاولة لعلاج الصرع. اختفت نوباته، لكنه لم يعد قادرًا على تكوين ذكريات جديدة (على الرغم من أنه كان يتذكر بعض الحقائق قبل الجراحة ويمكنه تعلم مهام حركية جديدة).

تلعب مناطق الدماغ المترابطة التي تسمى العقد القاعدية أدوارًا مهمة في التحكم في الحركة والوضعية. كما تنظم العقد القاعدية التحفيز.

يعمل المهاد كبوابة من وإلى القشرة. يتلقى المدخلات الحسية والحركية من الجسم ويتلقى أيضًا ردود فعل من القشرة. يمكن لآلية التغذية الراجعة هذه تعديل الوعي الواعي للمدخلات الحسية والحركية اعتمادًا على حالة الانتباه والإثارة للحيوان. يساعد المهاد على تنظيم حالات الوعي والإثارة والنوم.

يوجد تحت المهاد منطقة ما تحت المهاد. يتحكم المهاد في نظام الغدد الصماء عن طريق إرسال إشارات إلى الغدة النخامية. من بين الوظائف الأخرى، فإن منطقة ما تحت المهاد هي ترموستات الجسم - فهي تضمن الحفاظ على درجة حرارة الجسم عند مستويات مناسبة. تقوم الخلايا العصبية داخل منطقة ما تحت المهاد أيضًا بتنظيم إيقاعات الساعة البيولوجية، والتي تسمى أحيانًا دورات النوم.

الجهاز الحوفي عبارة عن مجموعة متصلة من الهياكل التي تنظم العاطفة، وكذلك السلوكيات المتعلقة بالخوف والتحفيز. يلعب دورًا في تكوين الذاكرة ويشمل أجزاء من المهاد وما تحت المهاد بالإضافة إلى الحصين. أحد الهياكل المهمة داخل الجهاز الحوفي هو بنية الفص الصدغي التي تسمى اللوزة. اللوزة (واحدة على كل جانب) مهمة للإحساس بالخوف والتعرف على الوجوه المخيفة.

يقع المخيخ (المخيخ = «الدماغ الصغير») في قاعدة الدماغ أعلى جذع الدماغ. يتحكم المخيخ في التوازن ويساعد في تنسيق الحركة وتعلم المهام الحركية الجديدة. مخيخ الطيور كبير مقارنة بالفقاريات الأخرى بسبب التنسيق الذي تتطلبه الرحلة.

يربط جذع الدماغ بقية الدماغ بالحبل الشوكي وينظم بعض أهم الوظائف الأساسية للجهاز العصبي بما في ذلك التنفس والبلع والهضم والنوم والمشي وتكامل المعلومات الحسية والحركية.

الحبل الشوكي

يتصل الحبل الشوكي بجذع الدماغ ويمتد الجسم عبر العمود الفقري. الحبل الشوكي عبارة عن حزمة سميكة من الأنسجة العصبية التي تنقل معلومات عن الجسم إلى الدماغ ومن الدماغ إلى الجسم. يوجد الحبل الشوكي داخل السحايا وعظام العمود الفقري ولكنه قادر على توصيل الإشارات من وإلى الجسم من خلال اتصالاته بالأعصاب الشوكية (جزء من الجهاز العصبي المحيطي). يبدو المقطع العرضي للحبل الشوكي وكأنه بيضاوي أبيض يحتوي على شكل فراشة رمادية (الشكل\(\PageIndex{5}\)). تشكل المحاور «المادة البيضاء» وتشكل أجسام الخلايا العصبية والدبقية (والخلايا البينية) «المادة الرمادية». تنقل المحاور والأجسام الخلوية في الحبل الشوكي الظهري المعلومات الحسية في الغالب من الجسم إلى الدماغ. تنقل المحاور والأجسام الخلوية في الحبل الشوكي بشكل أساسي إشارات تتحكم في الحركة من الدماغ إلى الجسم.

يتحكم الحبل الشوكي أيضًا في ردود الفعل الحركية. ردود الفعل هذه عبارة عن حركات سريعة وغير واعية - مثل إزالة اليد تلقائيًا من جسم ساخن. ردود الفعل سريعة جدًا لأنها تتضمن اتصالات متشابكة محلية. على سبيل المثال، يتم التحكم في رد فعل الركبة الذي يختبره الطبيب أثناء الفحص البدني الروتيني بواسطة تشابك واحد بين الخلايا العصبية الحسية والخلايا العصبية الحركية. في حين أن رد الفعل قد يتطلب فقط إصابة واحدة أو اثنتين من نقاط الاشتباك العصبي، فإن نقاط الاشتباك العصبي مع الخلايا العصبية الداخلية في العمود الفقري تنقل المعلومات إلى الدماغ لنقل ما حدث (ارتعاش الركبة، أو كانت اليد ساخنة).

الشكل\(\PageIndex{5}\): يُظهر المقطع العرضي للحبل الشوكي مادة رمادية (تحتوي على أجسام خلوية وخلايا عصبية داخلية) ومادة بيضاء (تحتوي على محاور ميالين).

الجهاز العصبي المحيطي

الجهاز العصبي المحيطي (PNS) هو الرابط بين الجهاز العصبي المركزي وبقية الجسم. يمكن تقسيم PNS إلى الجهاز العصبي اللاإرادي، الذي يتحكم في وظائف الجسم دون تحكم واعي، والجهاز العصبي الحسي الجسدي، الذي ينقل المعلومات الحسية من الجلد والعضلات والأعضاء الحسية إلى الجهاز العصبي المركزي ويرسل الأوامر الحركية من الجهاز العصبي المركزي إلى العضلات.

الشكل\(\PageIndex{6}\): في الجهاز العصبي اللاإرادي، تتشابك عصبة ما قبل العقدة (التي نشأت في الجهاز العصبي المركزي) مع خلية عصبية في العقدة التي بدورها تتشابك على العضو المستهدف. يؤدي تنشيط الجهاز العصبي الودي إلى إطلاق النوربينفرين على العضو المستهدف. يؤدي تنشيط الجهاز العصبي السمبتاوي إلى إطلاق الأسيتيل كولين على العضو المستهدف.

يعمل الجهاز العصبي اللاإرادي كمرحل بين الجهاز العصبي المركزي والأعضاء الداخلية. يتحكم في الرئتين والقلب والعضلات الملساء والغدد الصماء والإفرازية. يتحكم الجهاز العصبي اللاإرادي في هذه الأعضاء إلى حد كبير دون تحكم واعي؛ يمكنه مراقبة ظروف هذه الأنظمة المختلفة باستمرار وتنفيذ التغييرات حسب الحاجة. عادةً ما تتضمن الإشارة إلى الأنسجة المستهدفة اثنتين من نقاط الاشتباك العصبي: عصبون سابق للتعقيد (ينشأ في الجهاز العصبي المركزي) يتشابك عصبًا عصبيًا في العقدة التي بدورها تتشابك على العضو المستهدف (الشكل\(\PageIndex{6}\)). هناك قسمان من الجهاز العصبي اللاإرادي غالبًا ما يكون لهما تأثيرات متعارضة: الجهاز العصبي الودي والجهاز العصبي السمبتاوي.

الجهاز العصبي الودي مسؤول عن الاستجابات الفورية التي يقوم بها الحيوان عندما يواجه موقفًا خطيرًا. إحدى الطرق لتذكر ذلك هي التفكير في استجابة «القتال أو الطيران» التي يشعر بها الشخص عند مواجهة ثعبان (يبدأ كل من «الثعبان» و «المتعاطف» بحرف «s»). تتضمن أمثلة الوظائف التي يتحكم فيها الجهاز العصبي الودي تسارع معدل ضربات القلب وتثبيط الهضم. تساعد هذه الوظائف في إعداد جسم الكائن الحي للإجهاد البدني المطلوب للهروب من موقف خطير محتمل أو لدرء المفترس.

الشكل\(\PageIndex{7}\): غالبًا ما يكون للجهاز العصبي الودي والسمبتاوي تأثيرات متعارضة على الأعضاء المستهدفة.

بينما يتم تنشيط الجهاز العصبي الودي في المواقف العصيبة، فإن الجهاز العصبي السمبتاوي يسمح للحيوان «بالراحة والهضم». إحدى الطرق لتذكر ذلك هي التفكير في أنه خلال موقف مريح مثل النزهة، يكون الجهاز العصبي السمبتاوي هو المسيطر (يبدأ كل من «النزهة» و «السمبتاوي» بـ «p»). تحتوي الخلايا العصبية السمبتاوية قبل العقدية على أجسام خلوية تقع في جذع الدماغ وفي الحبل الشوكي العجزي (باتجاه الأسفل) (الشكل\(\PageIndex{7}\)). يقوم الجهاز العصبي السمبتاوي بإعادة ضبط وظيفة العضو بعد تنشيط الجهاز العصبي الودي بما في ذلك إبطاء معدل ضربات القلب وخفض ضغط الدم وتحفيز الهضم.

يتكون الجهاز العصبي الحسي الجسدي من أعصاب الجمجمة والعمود الفقري ويحتوي على كل من الخلايا العصبية الحسية والحركية. تنقل الخلايا العصبية الحسية المعلومات الحسية من الجلد والعضلات الهيكلية والأعضاء الحسية إلى الجهاز العصبي المركزي. تنقل الخلايا العصبية الحركية رسائل حول الحركة المرغوبة من الجهاز العصبي المركزي إلى العضلات لجعلها تنقبض. بدون جهازه العصبي الحسي الجسدي، لن يتمكن الحيوان من معالجة أي معلومات عن بيئته (ما يراه ويشعر به ويسمعه وما إلى ذلك) ولا يمكنه التحكم في الحركات الحركية. على عكس الجهاز العصبي اللاإرادي، الذي عادة ما يحتوي على اثنين من نقاط الاشتباك العصبي بين الجهاز العصبي المركزي والعضو المستهدف، عادة ما تحتوي الخلايا العصبية الحسية والحركية على تشابك واحد فقط - إحدى طرفي الخلية العصبية تكون في العضو والأخرى تتصل مباشرة بعصبون الجهاز العصبي المركزي.

ملخص القسم

يتكون الجهاز العصبي من الخلايا العصبية والدبقية. الخلايا العصبية هي خلايا متخصصة قادرة على إرسال إشارات كهربائية وكيميائية. تحتوي معظم الخلايا العصبية على التشعبات، التي تستقبل هذه الإشارات، والمحاور العصبية التي ترسل إشارات إلى الخلايا العصبية أو الأنسجة الأخرى. الدبقية هي خلايا غير عصبية في الجهاز العصبي تدعم تطور الخلايا العصبية والإشارات. هناك عدة أنواع من الدبقية التي تخدم وظائف مختلفة.

تتمتع الخلايا العصبية بإمكانية الراحة عبر أغشيتها وعندما يتم تحفيزها بإشارة قوية بما يكفي من خلية عصبية أخرى، قد تحمل إمكانات الفعل إشارة كهروكيميائية على طول الخلية العصبية إلى تشابك عصبون مع خلية عصبية أخرى. تحمل الناقلات العصبية إشارات عبر نقاط الاشتباك العصبي لبدء الاستجابة في خلية عصبية أخرى.

يحتوي الجهاز العصبي المركزي للفقاريات على الدماغ والحبل الشوكي، اللذين تغطيهما وتحميهما ثلاثة سحائية. يحتوي الدماغ على مناطق محددة هيكليًا ووظيفيًا. في الثدييات، تشمل هذه الخلايا القشرة (التي يمكن تقسيمها إلى أربعة فصوص وظيفية أساسية: الفص الجبهي والصدغي والقذالي والجداري)، والعقد القاعدية، والمهاد، وما تحت المهاد، والجهاز الحوفي، والمخيخ، وجذع الدماغ - على الرغم من تداخل الهياكل في بعض هذه التسميات. في حين أن الوظائف قد تكون موضعية بشكل أساسي في بنية واحدة في الدماغ، فإن الوظائف الأكثر تعقيدًا، مثل اللغة والنوم، تشمل الخلايا العصبية في مناطق الدماغ المتعددة. الحبل الشوكي هو طريق المعلومات السريع الذي يربط الدماغ ببقية الجسم من خلال اتصاله بالأعصاب الطرفية. إنه ينقل المدخلات الحسية والحركية ويتحكم أيضًا في ردود الفعل الحركية.

يحتوي الجهاز العصبي المحيطي على كل من الجهاز العصبي اللاإرادي والحسي الجسدي. يوفر الجهاز العصبي اللاإرادي تحكمًا غير واعي في الوظائف الحشوية ويتكون من قسمين: الجهاز العصبي الودي والجهاز العصبي السمبتاوي. يتم تنشيط الجهاز العصبي الودي في المواقف العصيبة لإعداد الحيوان لاستجابة «القتال أو الطيران». ينشط الجهاز العصبي السمبتاوي خلال فترات الراحة. يتكون الجهاز العصبي الحسي الجسدي من الأعصاب القحفية والعمود الفقري التي تنقل المعلومات الحسية من الجلد والعضلات إلى الجهاز العصبي المركزي والأوامر الحركية من الجهاز العصبي المركزي إلى العضلات.

مسرد المصطلحات

إمكانية العمل

تغيير مؤقت في الإمكانات الكهربائية لغشاء الخلايا العصبية (أو العضلات)

اللوزة

هيكل داخل الجهاز الحوفي يعالج الخوف

الجهاز العصبي اللاإرادي

جزء الجهاز العصبي المحيطي الذي يتحكم في وظائف الجسم

محور عصبي

هيكل يشبه الأنبوب ينشر إشارة من جسم خلية الخلايا العصبية إلى أطراف المحور العصبي

العقد القاعدية

مجموعات مترابطة من الخلايا في الدماغ التي تشارك في الحركة والتحفيز

جذع الدماغ

جزء من الدماغ يتصل بالحبل الشوكي؛ يتحكم في وظائف الجهاز العصبي الأساسية مثل التنفس والبلع

الجهاز العصبي المركزي (CNS)

الجهاز العصبي المكون من الدماغ والحبل الشوكي؛ مغطى بثلاث طبقات من السحايا الواقية

المخيخ

بنية الدماغ المشاركة في الموقف والتنسيق الحركي وتعلم الإجراءات الحركية الجديدة

قشرة مخية

الطبقة الخارجية من أنسجة المخ؛ تشارك في العديد من الوظائف ذات الترتيب العالي

السائل النخاعي (CSF)

سائل شفاف يحيط بالدماغ ويملأ البطينين ويعمل كممتص للصدمات

الجسم الثفني

حزمة عصبية سميكة تربط نصفي الكرة المخية

التغصينات

هيكل يمتد بعيدًا عن جسم الخلية لتلقي الرسائل من الخلايا العصبية الأخرى

إزالة الاستقطاب

تغيير في إمكانات الغشاء إلى قيمة سلبية أقل

فص أمامي

جزء القشرة الدماغية الذي يحتوي على القشرة الحركية والمناطق المشاركة في التخطيط والانتباه واللغة

دبقية

(أيضًا الخلايا الدبقية) الخلايا التي توفر وظائف الدعم للخلايا العصبية

الحصين

بنية الدماغ في الفص الصدغي المشاركة في معالجة الذكريات

الغدة النخامية

بنية الدماغ التي تتحكم في إطلاق الهرمونات وتوازن الجسم

نظام حوفي

منطقة الدماغ المتصلة التي تعالج العاطفة والتحفيز

إمكانات الغشاء

فرق في الجهد الكهربائي بين داخل وخارج الخلية

السحايا

(صيغة المفرد: meninx) الأغشية التي تغطي وتحمي الجهاز العصبي المركزي

غمد المايلين

ملحق خلوي يحتوي على مادة دهنية تنتجها الدبقية التي تحيط بالمحاور العصبية وتعزلها

عصبون

خلية متخصصة يمكنها استقبال وإرسال الإشارات الكهربائية والكيميائية

الفص القذالي

جزء القشرة الدماغية الذي يحتوي على القشرة البصرية ويعالج المنبهات البصرية

الجهاز العصبي السمبتاوي

تقسيم الجهاز العصبي اللاإرادي الذي ينظم الوظائف الحشوية أثناء الاسترخاء

الفص الجداري

جزء القشرة الدماغية المشاركة في معالجة اللمس وإحساس الجسم في الفضاء

الجهاز العصبي المحيطي (PNS)

الجهاز العصبي الذي يعمل كحلقة وصل بين الجهاز العصبي المركزي وبقية الجسم؛ يتكون من الجهاز العصبي اللاإرادي والجهاز العصبي الحسي الجسدي

الجهاز العصبي الحسي الجسدي

نظام الأعصاب الحسية والحركية

الحبل الشوكي

حزمة ألياف سميكة تربط الدماغ بالأعصاب الطرفية؛ تنقل المعلومات الحسية والحركية؛ تحتوي على الخلايا العصبية التي تتحكم في ردود الفعل الحركية

الجهاز العصبي الودي

يتم تنشيط تقسيم الجهاز العصبي اللاإرادي أثناء حالات «القتال أو الطيران» العصيبة

تشابك عصبى

تقاطع بين اثنين من الخلايا العصبية حيث يتم توصيل الإشارات العصبية

شق متشابك

مسافة بين الأغشية ما قبل المشبكية وما بعد التشابك

الفص الصدغي

جزء القشرة الدماغية الذي يعالج المدخلات السمعية؛ وتشارك أجزاء من الفص الصدغي في معالجة الكلام والذاكرة والعاطفة

المهاد

منطقة الدماغ التي تنقل المعلومات الحسية إلى القشرة

عتبة الإثارة

مستوى إزالة الاستقطاب المطلوب لعمل محتمل لإطلاق النار

المساهمون والصفات

• Template:ContribOpenStaxConcepts