Skip to main content
Query

11.4: Mawasiliano ya Neuronal

  • Page ID
    164566
  • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

    • Eleza matukio yanayotokea wakati wa uendeshaji wa msukumo wa neva
    • Tofautisha uenezi wa msukumo wa ujasiri katika conduction ya saltatory na kuendelea
    • Eleza vipengele vya synapses na kulinganisha synapses ya umeme na kemikali

    Baada ya kuangalia vipengele vya tishu za neva, na anatomy ya msingi ya mfumo wa neva, ijayo inakuja ufahamu wa jinsi tishu za neva zinaweza kuwasiliana ndani ya mfumo wa neva. Neurons huwasiliana na neurons nyingine, misuli au tezi kupitia kizazi na uendeshaji wa msukumo wa neva. Impulses hizi za ujasiri zinawakilisha mabadiliko katika mali ya umeme ya membrane ya seli ya neuronal. Seli zote zina malipo ya umeme yanayohusiana na utando wao. Hata hivyo, neurons na seli nyingine zina uwezo wa kubadilisha malipo yao ya umeme kwa kusonga ioni kwenye membrane. Katika sehemu hii, utaangalia misingi ya mawasiliano ya neuronal, hasa kwa kuzingatia uendeshaji wa msukumo wa ujasiri.

    Uendeshaji wa Impulses ya ujasiri

    Neurons zina msukumo wa umeme, ambayo ni uwezo wa kujibu kichocheo kwa kuzalisha msukumo wa neva. Katika matukio mengi, dendrites ya neuroni ni mahali ambapo mabadiliko ya ndani katika mali ya umeme ya membrane hutokea kupitia synapses. Dendrites hupokea uchochezi kutoka mazingira ya nje (kwa mfano neurons za somatic sensory) au mazingira ya ndani (k.m. nyuroni za hisia za visceral, neurons motor au interneurons). Kiasi cha mabadiliko katika malipo ya umeme ya membrane hutegemea nguvu ya kichocheo kinachosababisha. Kwa mfano, sindano ya kupiga kidole itasababisha kichocheo kikubwa ikilinganishwa na kitu kisichoweza kugusa kidole sawa. Mara baada ya kichocheo (au uchochezi nyingi) hutoa mabadiliko makubwa katika mali ya umeme ya membrane ya dendrite na kufikia kizingiti kilichotanguliwa, basi msukumo wa ujasiri (pia huitwa uwezekano wa hatua) hutokea. Uwezo wa hatua huzalishwa kwenye hillock ya axon ya neuroni na huendelea haraka pamoja na utando wa plasma wa axon kufikia malengo (neuroni ya pili, misuli au gland). Mwendo huu wa uwezo wa hatua pamoja na axon huitwa uenezi. Wakati msukumo unaweza kuwa dhaifu au wenye nguvu, uwezo wa hatua unafuata Sheria yote au hakuna ambayo daima ina nguvu sawa (inajulikana kama amplitude) kwa kujitegemea ya kichocheo. Hii inapunguza uwezekano kwamba habari itapotea njiani. Njia pekee ya kurekebisha majibu ni kupitia mzunguko wa uwezekano wa hatua - ngapi uwezekano wa hatua kufikia lengo kwa kiasi cha muda. Kichocheo kikubwa kitazalisha mfululizo (au treni) ya uwezekano wa utekelezaji ambao ni karibu pamoja, wakati kichocheo dhaifu kitazalisha uwezekano wa hatua ndogo.

    Kasi ya uwezekano wa hatua inaathiriwa na kipenyo cha axon na kwa myelination yake. Kipenyo kikubwa cha axon, kasi ya uwezekano wa hatua utafanyika. Axons za myelinated zinaweza kubeba uwezekano wa hatua kwa kasi zaidi kuliko axons zisizo na myelinated. Kama ilivyojadiliwa katika sehemu ya awali, seli za myelinating (oligodendrocytes katika CNS na seli za Schwann katika PNS) zimefungwa karibu na akzoni zinazounda myelini. Nodes ya Ranvier ni mapungufu kati ya makundi ya myelin. Mashtaka ya umeme ya uwezo wa hatua yanaweza “kuruka” kutoka pengo moja hadi nyingine, hivyo kuruhusu kasi ya kasi ya uwezekano wa hatua. Uendelezaji huu wa msukumo wa neva huitwa conduction ya saltatory. Hata hivyo, katika akzoni zisizo na myelini, upande mmoja wa axoni haujafunikwa na myelini na mashtaka ya umeme yanahamia kando ya utando mzima wa axonal, hivyo kuchukua muda mrefu kufikia lengo lao. Uendelezaji huu wa msukumo wa neva huitwa conduction inayoendelea. Mara baada ya uwezo wa hatua kufikia terminal ya axon, ama husafirishwa kama malipo ya umeme ndani ya seli inayofuata au kubadilishwa kuwa ishara ya kemikali, kulingana na aina ya sinepsi ambayo bulb ya mwisho ya sinepsi inaunda na lengo lake.

    Neurons na malengo yao huunda synapses. Neuroni inayozalisha na kufanya uwezo wa hatua kwa lengo inaitwa kiini cha presynaptic. Kiini cha lengo kinachopokea uwezo wa hatua kinaitwa kiini cha postsynaptic. Wakati seli ya presynaptiki daima ni neuroni (kwa sababu neuroni pekee zina akzoni na zinaweza kuunda sinepsi), kiini cha postsynapsi kinaweza kuwa neuroni au aina nyingine ya seli kama vile seli za mifupa, moyo au laini za misuli, au tezi. Katika Kielelezo\(\PageIndex{1}\), neuroni ya presynaptic huunda synapses na neurons mbili za postsynaptic. Msukumo wa ujasiri (au ishara) husafiri kutoka neuroni ya presynaptic hadi kiini cha postsynaptic. Ikiwa kiini cha postsynaptic ni neuroni, uwezo mpya wa hatua inaweza kuzalishwa katika neuroni ya postsynaptic na kufikia malengo yake ya postsynaptic.

    Neuroni moja ya multipolar yenye dendrites nyingi na matawi ya muda mrefu ya axon kufikia neurons nyingine 2.
    Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Neurons za Presynaptic na postsynaptic. Neuroni ya presynaptic juu ya fomu za juu synapses na neurons mbili za postsynaptic chini. Sehemu za neuroni ya presynaptic zinaitwa kama mwili wa seli, kiini, dendrites na axon iliyofunikwa kwenye ala ya myelini. Mwelekeo wa ishara unaonyesha kuwa ishara ya umeme (uwezo wa hatua) husafiri kutoka kwa axon ya neuroni ya presynaptic hadi kwenye vituo vya axon vya neuroni ya presynaptic ambazo zinawasiliana na dendrites na mwili wa seli wa neuroni za postsynaptic. (Image mikopo: “Neuron Sehemu 1" na BruceBlaus ni leseni chini ya CC BY-SA 4.0)

    Sinapsi

    Kuna aina mbili za uhusiano kati ya seli za umeme: synapses ya umeme na synapses ya kemikali. Katika synapse ya umeme, kuna uhusiano wa moja kwa moja kati ya seli za presynaptic na postsynaptic na uunganisho huundwa na makutano ya pengo. Hivyo, mashtaka ya umeme ya uwezo wa hatua yanaweza kupita moja kwa moja kutoka kwenye seli moja hadi ijayo. Ikiwa kiini kimoja kinatoa uwezo wa hatua katika sinepsi ya umeme, kiini kilichojiunga pia kitazalisha uwezekano wa hatua kwa sababu mashtaka ya umeme yatapita kati ya seli (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Ingawa inawakilisha wachache wa synapses, synapses ya umeme hupatikana katika mfumo wa neva. Sinapsi hizi hutokea pia kati ya seli zinazovutia zaidi ya neuroni, kwa mfano kati ya seli za misuli laini ndani ya matumbo na seli za misuli ya moyo ndani ya moyo.

    Mababu mawili ya synaptic yanakabiliana, na njia kati yao ambapo uwezekano wa hatua hupita.
    Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Sinapse ya umeme. Mababu mawili ya mwisho ya sinepsi huunda sinepsi ya umeme ambapo makutano ya pengo huruhusu kifungu cha uwezekano wa hatua kutoka kwa cytoplasm moja hadi nyingine, na kinyume chake. (Image mikopo:” umeme sinapse” na Chiara Mazzasette ni derivative kutoka kazi ya awali ya Daniel Donnelly na leseni na CC BY 4.0)

    Sinapsi za kemikali zinahusisha uhamisho wa habari za kemikali kutoka seli moja hadi nyingine na zinawakilisha wengi wa sinepsi zinazopatikana ndani ya mfumo wa neva. Katika sinepsi ya kemikali, ishara ya kemikali inayoitwa neurotransmitter, inatolewa kutoka kiini cha presynaptic na inathiri kiini cha postsynaptic. Kuna aina nyingi za neurotransmitters, kwa mfano asetilikolini, serotonin, dopamine, adrenaline, glutamate, nk Kila neurotransmitter ina receptor yake maalum kwenye utando postsynaptic. Sinapsi za kemikali zinaweza kuainishwa kulingana na nyurotransmita ambazo seli zinatumia kuwasiliana (kwa mfano sinepsi za glutamatiki hutumia glutamati). Neurotransmitters tofauti na receptors tofauti itaamua majibu ya jumla kwa kichocheo. Sinapses zote za kemikali zina sifa za kawaida, ambazo zinaweza kufupishwa katika orodha hii na zinaonyeshwa kwenye Kielelezo\(\PageIndex{3}\):

    • bulb ya mwisho ya synaptic ya neuroni ya presynaptic
    • neurotransmitter (vifurushi katika viatu)
    • ufa wa sinepsi
    • receptors kwa neurotrans
    • utando wa postsynaptic wa neuroni ya postsynaptic

    Mababu ya mwisho ya synaptic ya synapses ya kemikali yanajazwa na vidole vyenye aina moja ya neurotransmitter. Wakati uwezo wa hatua unafikia vituo vya akzoni, vilengelenge vinaunganishwa na utando wa seli kwenye bulb ya mwisho ya sinepsi, ikitoa nyurotransmita kupitia exocytosis ndani ya pengo ndogo kati ya seli, inayojulikana kama cleft ya sinepsi. Mara moja katika ufa wa sinepsi, nyurotransmita hueneza umbali mfupi hadi utando wa postsynaptic na inaweza kuingiliana na vipokezi vya neurotransmitter. Receptors ni maalum kwa ajili ya nyurotransmita, na mbili fit pamoja kama ufunguo na lock. Neurotransmitter moja hufunga kwa receptor yake na haiwezi kumfunga kwa receptors kwa neurotransmitters nyingine, na kufanya kisheria tukio maalum la kemikali. Kufungwa kwa neurotransmitter kwa receptor yake husababisha mabadiliko mafupi ya umeme kwenye membrane ya postsynaptic. Mabadiliko yanategemea aina ya receptor ya neurotransmitter. Mabadiliko katika utando wa seli ya postsynaptic yanaweza kusababisha msukumo wa neva kuanza katika kiini cha postsynaptic au kuzuia kizazi cha uwezo wa hatua. Mtiririko wa habari ni unidirectional: kutoka kiini cha presynaptic hadi kiini cha postsynaptic. Baada ya kutolewa katika sinepsi ya kemikali, nyurotransmita zinahitaji kuondolewa kwenye ufa wa sinepsi ili kuhakikisha uenezi wa ishara mpya za sinepsi.

    Mizunguko ndani ya bulb ni vesicles kujazwa na dots kwa neurotransmitters, ambayo kisha kusukwa nje.
    Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Sinapse ya kemikali. Axon ya neuroni ya presynaptic inakomesha kwenye terminal ya axon katika bulb ya mwisho ya synaptic ambapo uwezo wa hatua unafika. Kuwasili kwa uwezekano wa hatua husababisha vidonda vya synaptic vyenye neurotransmitters kuunganisha na membrane na kutolewa kwa neurotransmitters. Neurotransmitters huenea kwenye cleft ya synaptic ili kumfunga kwa receptor yake, katika kesi hii njia za ligand-gated. Neurotransmitters hatimaye kufutwa kutoka synapse. (Mikopo ya picha: “Kemikali Sinapse” na Young, KA., Wise, JA., DeSaix, P., Kruse, DH., Poe, B., Johnson, E., Johnson, JE, Korol, O., Betts, JG., & Womble, M. ni leseni chini ya CC BY 4.0)

    MATATIZO YA...

    Mfumo wa neva: Ugonjwa wa Alzheimers na Parkinson

    Sababu ya msingi ya magonjwa mengine ya neurodegenerative, kama vile Alzheimers na Parkinson, inaonekana kuwa yanayohusiana na protini-hasa, kwa protini zinazofanya vibaya. Moja ya nadharia kali zaidi ya kile kinachosababisha ugonjwa wa Alzheimer ni msingi wa mkusanyiko wa plaques beta-amyloid, conglomerations mnene ya protini ambayo haifanyi kazi kwa usahihi. Ugonjwa wa Parkinson unahusishwa na ongezeko la protini inayojulikana kama alpha-synuclein ambayo ni sumu kwa seli za kiini cha substantia nigra katika ubongo wa kati.

    Kwa protini kufanya kazi kwa usahihi, wanategemea sura yao tatu-dimensional. Mlolongo wa mstari wa asidi amino hujikunja katika umbo tatu-dimensional ambayo inategemea mwingiliano kati na kati ya asidi amino hizo. Wakati folding inasumbuliwa, na protini huchukua sura tofauti, huacha kufanya kazi kwa usahihi. Lakini ugonjwa huo sio matokeo ya kupoteza kazi ya protini hizi; badala yake, protini hizi zilizobadilishwa huanza kujilimbikiza na zinaweza kuwa sumu. Kwa mfano, katika Alzheimers, alama ya ugonjwa huo ni mkusanyiko wa plaques hizi za amyloid katika kamba ya ubongo. Neno lililoundwa kuelezea aina hii ya ugonjwa ni “proteopathia” na linajumuisha magonjwa mengine. Ugonjwa wa Creutzfeld-Jacob, lahaja ya binadamu ya ugonjwa wa prion inayojulikana kama ugonjwa wa ng'ombe wazimu katika bovini, pia unahusisha mkusanyiko wa plaques amyloidi, sawa na Alzheimeri.Magonjwa ya mifumo mingine ya chombo yanaweza kuanguka katika kundi hili pia, kama vile fibrosis ya cystic au kisukari cha aina 2. Kutambua uhusiano kati ya magonjwa haya imependekeza uwezekano mpya wa matibabu. Kuingilia kati na mkusanyiko wa protini, na pengine mapema uzalishaji wao wa awali ndani ya seli, inaweza kufungua njia mpya za kupunguza magonjwa haya makubwa.

    UHUSIANO WA KAZI

    Daktari wa neva

    Kuelewa jinsi mfumo wa neva unavyofanya kazi inaweza kuwa nguvu ya kuendesha gari katika kazi yako. Kujifunza neurophysiolojia ni njia nzuri sana ya kufuata. Ina maana kwamba kuna kazi nyingi za kufanya, lakini tuzo zina thamani ya jitihada.

    Njia ya kazi ya mwanasayansi wa utafiti inaweza kuwa moja kwa moja: chuo, shule ya kuhitimu, utafiti wa postdoctoral, nafasi ya utafiti wa kitaaluma chuo kikuu. Shahada ya kwanza katika sayansi kupata wewe kuanza, na kwa neurophysiolojia ambayo inaweza kuwa katika biolojia, saikolojia, sayansi ya kompyuta, uhandisi, au neuroscience. Lakini utaalamu halisi huja katika shule ya kuhitimu. Kuna mipango mingi huko nje ili kujifunza mfumo wa neva, si tu neuroscience yenyewe. Programu nyingi za kuhitimu ni udaktari, maana yake ni kwamba shahada ya uzamili si sehemu ya kazi. Hizi ni kawaida kuchukuliwa mipango ya miaka mitano, na miaka miwili ya kwanza kujitolea kwa kazi ya kozi na kutafuta mshauri wa utafiti, na miaka mitatu iliyopita kujitolea kutafuta mada ya utafiti na kufuata hiyo kwa karibu moja-mindedness. Utafiti huo utasababisha machapisho machache katika majarida ya kisayansi, ambayo yatakuwa na wingi wa dissertation ya udaktari. Baada ya kuhitimu na Ph.D., watafiti wataendelea kupata kazi maalumu inayoitwa ushirika wa postdoctoral ndani ya maabara imara. Katika nafasi hii, mtafiti anaanza kuanzisha kazi yao ya utafiti na matumaini ya kupata nafasi ya kitaaluma katika chuo kikuu cha utafiti.

    Chaguzi nyingine zinapatikana ikiwa una nia ya jinsi mfumo wa neva unavyofanya kazi. Hasa kwa neurophysiolojia, shahada ya matibabu inaweza kuwa kufaa zaidi hivyo unaweza kujifunza kuhusu maombi ya kliniki ya neurophysiolojia na uwezekano wa kufanya kazi na masomo ya binadamu. Kazi ya kitaaluma sio lazima. Makampuni ya Bioteknolojia yana hamu ya kupata wanasayansi wenye motisha tayari kukabiliana na maswali magumu kuhusu jinsi mfumo wa neva unavyofanya kazi ili kemikali za matibabu ziweze kupimwa kwenye baadhi ya matatizo magumu kama vile ugonjwa wa Alzheimer au ugonjwa wa Parkinson, au kuumia kwa uti wa mgongo.

    Wengine wenye shahada ya matibabu na utaalamu katika neuroscience wanaendelea kufanya kazi moja kwa moja na wagonjwa, kugundua na kutibu matatizo ya akili. Unaweza kufanya hivyo kama mtaalamu wa akili, mwanasaikolojia wa neva, muuguzi wa neuroscience, au mtaalamu wa neurodiagnostic, kati ya njia nyingine zinazowezekana za kazi.

    Mapitio ya dhana

    Msingi wa ishara ya umeme ndani ya neuroni ni uwezekano wa hatua ambayo hueneza chini ya axon. Kwa neuroni kuzalisha uwezo wa hatua, inahitaji kupokea pembejeo kutoka chanzo kingine, ama neuroni nyingine au kichocheo cha hisia. Pembejeo hiyo itasababisha mabadiliko katika mali ya umeme ya membrane ya seli, kulingana na nguvu ya kichocheo. Mara baada ya kichocheo ni nguvu ya kutosha, itazalisha uwezekano wa hatua ambayo husafiri kando ya axon hadi bulb ya mwisho ya sinepsi.

    Kipenyo cha axon na kuwepo au kutokuwepo kwa myelini huamua jinsi kasi ya uwezekano wa hatua unafanywa chini ya axon. Kipenyo kikubwa na kuwepo kwa kichwa cha myelini itahakikisha uenezi wa haraka wa uwezekano wa hatua.

    Sinapses ni mawasiliano kati ya neurons, ambayo inaweza kuwa kemikali au umeme katika asili. Sinapses ya kemikali ni ya kawaida zaidi. Katika sinepsi ya kemikali, neurotransmitter inatolewa kutoka kipengele cha presynaptic na hutengana katika cleft ya sinepsi. Neurotransmitter hufunga kwa protini ya receptor na husababisha mabadiliko katika membrane ya postsynaptic (PSP). Neurotransmitter lazima ieneze, isimamishwe au kuondolewa kwenye ufa wa sinepsi ili kichocheo kiweke kwa muda.

    Mapitio ya Maswali

    Swali: Katika synapse ya umeme, seli za presynaptic na postsynaptic zinawasiliana nini?

    A. neurotransmitters

    B. neurotransmitter

    C. nodes ya Ranvier

    D. majadiliano ya pengo

    Jibu

    Jibu: D

    Swali: Ni ipi kati ya axons zifuatazo ingeweza kueneza uwezo wa hatua kwa kasi zaidi kuliko wengine?

    A. myelinated, kipenyo kikubwa, axons

    B. myelinated, kipenyo kidogo, axons

    C. unmyelinated, kipenyo kikubwa, axons

    D. unmyelinated, kipenyo kidogo, axons

    Jibu

    Jibu: A

    faharasa

    uwezo wa hatua
    mabadiliko katika mali ya umeme ya membrane ya seli kwa kukabiliana na kichocheo kinachosababisha maambukizi ya ishara ya umeme; kipekee kwa neurons na nyuzi za misuli
    Sheria yote au hakuna
    kanuni kwamba nguvu ambayo neuron hujibu kwa kichocheo haitegemei nguvu ya kichocheo;
    sinapsi ya kemikali
    uhusiano kati ya neurons mbili, au kati ya neuroni na lengo lake, ambapo nyurotransmita inatofautiana katika umbali mfupi sana
    upitishaji unaoendelea
    uenezi wa polepole wa uwezekano wa hatua pamoja na axon isiyo na myelinated
    synapse ya umeme
    uhusiano kati ya neurons mbili, au seli mbili za umeme zinazofanya kazi, ambapo uwezo wa hatua unaweza kuzunguka katika makutano ya pengo ndani ya kiini kilicho karibu
    nyurotransmita
    ishara ya kemikali ambayo hutolewa kutoka kwa bulb ya mwisho ya sinepsi ya neuroni ili kusababisha mabadiliko katika kiini cha lengo
    kiini cha postsynaptic
    kiini kupokea synapse kutoka kiini kingine
    kiini cha presynaptic
    kiini kutengeneza synapse na kiini kingine
    uenezi
    harakati ya uwezekano wa hatua kwa urefu wa axon
    upitishaji wa chumvi
    uenezi wa kasi wa uwezekano wa hatua katika axon ya myelinated, kutoka kwa node moja ya Ranvier hadi node ifuatayo
    ufa wa sinepsi
    pengo ndogo kati ya seli katika sinepsi ya kemikali ambapo neurotransmitter inatofautiana kutoka kipengele cha presynaptic hadi kipengele cha postsynaptic
    kizingiti
    membrane voltage ambapo uwezo action ni ulioanzishwa

    Wachangiaji na Majina