مغز چگونه با بدن ارتباط برقرار می‌کند؟

نورون‌ها چگونه پیام ها را دریافت و ارسال می‌کنند؟

تمام سلول‌های بدن، با یکدیگر در ارتباط هستند. اینگونه است که می‌توانیم در زندگی روزانه خود بسیاری از کارها مانند صبحانه خوردن و درس خواندن در مدرسه را انجام دهیم. در مغز و بدن، نورون‌ها با ارسال پیام‌هایی از جنس الکتریکی، با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند. در نورون‌ها، این الکتریسیته با جریان اجزای باردار یونی و حرکت آن‌ها از میان غشای خارجی سلول بوجود می‌آید. حرکت یون‌ها امواج الکتریکی را در طول نورون بوجود می‌آورد. نورون دارای شاخه‌هایی (مانند درخت) به نام دندریت که دریافت کننده پیام و بخش طولانی‌تر و با ساختاری ساده تر (مانند تنه درخت) است که آکسون نامیده می‌شود و پیام را ارسال می‌کند. سیناپس‌ها در انتهای آکسون ها وجود دارد. چگونه یک پیام الکتریکی از یک نورون به نورون دیگری جهش می‌کند؟ سلول عصبی پیام‌های شیمیایی به نام “انتقال دهنده عصبی” یا نوروترنسمیتر را آزاد می‌کند که از سیناپس به نورون دیگر می‌رود تا پیام (موج الکتریکی) جدیدی را در آن سلول ایجاد کند. (شکل1)

شکل 1- ساختار و عملکرد سلول عصبی (نورون)

نورون‌ها، برای ارتباط با یکدیگر در سیستم عصبی و سایر سلول‌های بدن مخصوصا عضلات، پیام‌های الکتریکی را ارسال و دریافت می‌کنند. در یک انتها، نورون‌ها ساختاری شاخه‌ای به نام دندریت دارند که امکان دریافت پیام را فراهم می‌سازد. یک نورون پیام را ارسال (نورون ارسال کننده) و سایر نورون‌ها آن را دریافت می‌کنند (نورون گیرنده). تنه طویل نورون، آکسون نام دارد و مسیری است که پیام الکتریکی آن را طی می‌کند. در انتهای آکسون،پیوستگاه اتصالی ویژه ای به نام سیناپس وجود دارد. سیناپس انتهای آکسون را به دندریت نورون دوم، مرتبط می‌کند. فضای بسیاری ظریفی بین نورون‌ها وجود دارد که پیام ارتباطی از نورون ارسال کننده به گیرنده منتقل می‌شود.

چگونه موج الکتریکی به سمت انتهایی نورون می‌رود؟ غشای نورون حاوی کانال‌های ظریفی است که می‌تواند مانند درب اتوماتیک در فروشگاه‌ها، باز و بسته شوند و به یون‌ها اجازه ورود یا خروج بدهند. زمانی که این کانال‌ها باز هستند، اجازه ورود یون‌ها (حامل بار الکتریکی) به درون سلول داده می‌شود (شکل 2A). این اتفاق باعث باز شدن کانال مجاور می‌شود و بنابراین پیام الکتریکی در طول سلول حرکت می‌کند. برای بازگشت به حالت استراحتی، کانال‌های دیگری با سرعت آهسته‌تر باز می‌شوند تا یون‌ها از سلول خارج شوند. این اتفاق باعث اتمام پیام الکتریکی، آماده سازی برای موج بعدی و آغاز مجدد چرخه می‌شود. حرکت یون‌ها در طول آکسون ادامه می یابد تا به سیناپس برسد.

شکل 2- ارتباط در سیناپس.

(A) در سیناپس، پیام الکتریکی در نورون به پیام شیمیایی تبدیل می‌شود که میانجی عصبی نام دارد. یون‌هایی که به آکسون می‌روند، پیام‌هایی برای وزیکول‌های حاوی میانجی عصبی هستند که با غشای سلولی آمیخته می‌شوند تا میانجی عصبی آزاد شود. سپس میانجی عصبی به گیرنده موجود در سلول دریافت کننده متصل می‌شود و به یون‌ها اجازه حرکت به دورن سلول را می‌دهد.

(B) تصویر میکروسکوپ الکترونی از پیوستگاه عصبی-عضلانی. در پایانه آکسون نورون می‌توانید وزیکول‌های گرد و سیناپس جفت شده را ببینید که ساختار T شکل دارد. غشای عضلانی حاوی گیرنده است، اما کوچکتر از آن هستند که حتی با میکروسکوپ الکترونی مشاهده شوند. به خاطر داشته باشید که در سیناپس فضای بسیار ظریفی میان نورون و سلول عضله وجود دارد.

چگونه سیناپس برای برقراری ارتباط میان سلول ها کار می‌کند؟

امواج الکتریکی باعث آزاد سازی میانجی/ ناقلین عصبی در سیناپس می‌شود، که به نورون در سوی دیگر سیناپس می‌رود (شکل 2A). این اتفاق بسیار سریع رخ می‌دهد، زیرا فضا بسیار بسیار ظریف است (شکل 2B). زمانی که میانجی‌های عصبی با ماهیت شیمیایی به سلول دریافت کننده پیام می‌رسند، به ملکولی به نام “گیرنده” بر روی غشای سلول دریافت کننده متصل می‌شوند (مانند قفل و کلید). این اتفاق باعث می‌شود که کانال‌های یونی در سلول دریافت کننده باز شوند. سپس یون‌ها درون سلول دریافت کننده حرکت می‌کنند و پیام الکتریکی جدیدی را ایجاد می‌کنند.

برقرای ارتباط نورون با عضلات هم به همین شکل است و به ما می‌گوید که حرکت کنیم. سیناپس میان سلول عصبی و سلول عضلانی “پیوستگاه- عصبی-عضلانی” نامیده می‌شود (شکل 2B). میانجی عصبی آزاد شده در پیوستگاه عصبی-عضلانی، “استیل کولین” نامیده می‌شود. درست همانند نورون‌ها، اتصال استیل کولین باعث باز شدن کانال‌ها در سلول عضلانی می‌شود و به یون‌ها اجازه ورود به عضله را می‌دهد. این پیام الکتریکی باعث انقباض و کوتاه شدن عضله می‌شود. به گرفتن توپ فکر کنید: مغز به نورون می گوید تا پیام الکتریکی را به سیناپس پیوستگاه عصبی-عضلانی ارسال کند و این اتفاق باعث رهاسازی میانجی عصبی در عضلات انگشتان دست و انقباض آن‌ها برای گرفتن توپ می‌شود.

چگونه سیناپس امکان دیدن و شنیدن را فراهم می‌سازد؟

حواس ما محیط اطراف را شناسایی می‌کنند و انواع زیادی از انرژ‌ی‌های خارجی (مانند نور، صدا و حرکت) را به پیام‌های الکتریکی به درون نورون‌ها منتقل می‌کنند. برای مثال، در چشم، نورون‌های شناسایی کننده نور وجود دارند که به آنچه که می بینیم پاسخ می‌دهند. برخی از این نورون‌های ویژه، نور رنگی را شناسایی می‌کنند (قرمز، سبز، آبی) و برخی دیگر مانند یک عکس قدیمی، تنها نور سیاه و سفید را تشخیص می‌دهند. نور باعث باز شدن کانال‌ها در نورون‌های تشخیص دهنده نور می‌شود که پیام الکتریکی را به سیناپس‌های نورون‌های درون مغز ارسال می‌کند. سپس این اطلاعات برای درک نور تصویرها، توسط مغز پردازش می‌شوند. (شکل3)

شکل3- در مغز سیناپس‌های زیادی ارتباط برقرار می‌کنند.

این عکس، تفسیر یک هنرمند از نورون‌های سیستم عصبی است. رنگ های متفاوت، انواع گوناگونی از نورون‌ها، مانند نورن هایی که امکان دیدن، شنیدن یا یادگیری و به خاطر سپردن را فراهم می‌کنند را نشان می‌دهند. طرح‌های زیاد از هر نورون، نشان دهنده انواع مختلف سیناپس است که نورون‌ها با یکدیگر می‌سازند. بسیاری از نورون‌ها هزاران سیناپس دارند که به آن‌ها اجازه می‌دهد اطلاعات متفاوت زیادی را دریافت، تکمیل و به سایر نورون‌ها منتقل کنند. سیستم عصبی خاصیت انعطاف پذیری دارد، بدین معنا که با یادگیری موضوعی، سیناپس‌های جدیدی شکل می گیرند و یا با به خاطر سپردن تقویت می‌شوند. این درحالی است که سیناپس‌هایی که از آن‌ها استفاده نمی‌کنیم، کوچک می‌شوند و تعدادشان کاهش می یابد. این تغییرات در مغز می‌تواند نحوه ارتباط نورون‌ها را تغییر دهد.

برای شنیدن، گیرنده های حسی در گوش ها توسط انتقال ارتعاشات صدا در هوا، فعال می‌شوند. این ارتعاشات هوا، موهای ظریف بر روی نورون‌های گوش را تکان می‌دهد. این حرکت، کانال‌ها را باز می‌کند و اجازه ورود جریان یونی به درون نورون و ایجاد پیام الکتریکی را فراهم می‌سازد. در نتیجه، میانجی‌های عصبی در سیناپس بین سلول مویی و نورون مغز آزاد می‌شوند. بلندی صدا به اینکه چقدر از موها خم می‌شوند، بستگی دارد. خم شدن بیشتر باعث آزادسازی میانجی‌های عصبی بیشتر در سیناپس و در نتیجه ایجاد و ارسال پیام الکتریکی بیشتر به مغز می‌شود. این پیام ها به نورون‌های مغز می‌روند که باعث درک آن‌ها مشابه با بو می‌شود.

چگونه سیناپس امکان یادگیری و به خاطر سپردن را فراهم می‌کند؟

یکی از مهم ترین مسائل درباره مغز این است که تعداد و اندازه سیناپس‌ها به دنبال بکارگیری آن‌ها تغییر می‌کند. این ویژگی مغز برای تغییر در پاسخ به آنچه که تجربه می‌کنیم، “انعطاف پذیری” نامیده می‌شود. انعطاف پذیری به ما اجازه یادگیری اطلاعات جدید و به خاطر سپردن آنچه را که یاد می‌گیریم را می دهد. اگر از سیناپس‌ها زیاد استفاده کنیم، سیناپس‌های بیشتری ایجاد می‌شوند. اگر به میزان زیادی از آن‌ها استفاده نکنیم، ممکن است سیناپس‌ها کوچک شوند و یا تعدادشان کم شود. قدرت ارتباط میان سیناپس‌ها می‌تواند براساس اینکه چقدر از آن‌ها استفاده می‌شود، نیز تغییر کند. در صورت استفاده زیاد، می توان میزان میانجی عصبی آزاد شده و یا تعداد گیرنده‌های میانجی عصبی  موجود برروی سلول دریافت کننده را افزایش داد. سیناپس‌ها مانند عضلات هستند و به دنبال بکارگیری، تقویت می‌شوند. اگر از سیناپس‌ها به میزان زیادی استفاده کنیم، می‌تواند سیناپس‌های جدید و قوی ساخت که برای سال‌ها و یا حتی دهه‌ها باقی می‌مانند. این اتفاق می‌تواند به ما در شکل‌دهی حافظه بلند مدت کمک کند. همانطور که می‌دانید، می‌توانید برای سال ها مسائل را به خاطر بیاورید، به چهره مادرتان فکر کنید، یا بهترین دوست در کلاس اول.

در صورت عدم عملکرد صحیح سیناپس، چه اتفاقی می‌افتد؟

از آنجاییکه سیناپس برای حرکت کردن، حس کردن، یادگیری و به خاطر آوردن، بسیار حائز اهمیت است، درک اینکه مشکلات در سیناپس چگونه می‌تواند باعث بیماری ها و ناتوانی ها شود، ساده است. زمانی که سیناپس به خوبی کار نکند، مغز نمی‌تواند با خود و عضله به خوبی ارتباط برقرار کند. اختلالات حرکتی اغلب از مشکلات در پیوستگاه عصبی-عضلانی ناشی می‌شوند. برای مثال، یک بیماری به دلیل عدم پاکسازی میانجی عصبی از فضای سیناپسی به وجود می‌آید. استیل کولین در پیوستگاه عصبی-عضلانی آزاد می‌شود تا باعث انقباض عضلانی شود. در صورت عدم پاکسازی مناسب، استیل کولین به اتصال خود به گیرنده عضلانی ادامه می‌دهد. این اتفاق باعث انقباض، حرکت نامناسب عضله و در مراحل بعدی باعث کاهش گیرنده ها و در نهایت باعث تحلیل عضلانی می‌شود.

به طور مشابه، مشکلات با سیناپس می‌تواند باعث از دست رفتن ادراک حسی شود. ناشنوایی می‌تواند به دلیل مشکلات در سیناپس در سلول‌های گوش ایجاد شود که باعث بیش فعالی اعصاب در گوش می‌شود.  اگر نورون‌های شنوایی باز هم فعال و فعال‌تر شوند، پیام الکتریکی قوی‌تری بوجود می آید تا به فعالسازی آن‌ها ادامه دهد. در نتیجه، سلول‌های مویی گوش در افراد با مشکلات شنوایی باید صدای بلندتری را برای عبور پیام به نورون‌هایی که به مغز می‌روند، حس کنند. در نابینایی، مشکلات سیناپس گیرنده نور می‌تواند باعث از بین رفتن کامل سلول‌های حساس به نور شود. هم‌چنین، نور نمی‌تواند به پیام‌های الکتریکی تبدیل شود و اطلاعات به مغز منتقل نمی‌شود.

در نهایت، مشکلات با انعطاف پذیری سیناپس‌های مغز، می‌توانند باعث ایجاد ناتوانی های ذهنی و اتیسم شوند. شاید  افراد با اختلال طیف اتیسم را بشناسید. اتیسم باعث کاهش تعاملات اجتماعی و کاهش توانایی در برقراری ارتباط با دوستان و خانواده می‌شود. اتیسم ممکن است به دلیل مشکلات در انعطاف پذیری ایجاد شود- سیناپس‌ها آن میزانی که باید در زمان بکارگیری تغییر نمی‌کنند. بعلاوه، سیناپس‌های جدید مانند شکل عادی تشکیل نمی‌شوند و در نتیجه ارتباط میان نورون‌ها ضعیف می‌شود. با اینکه علل اتیسم هنوز به طور کامل شناخته نشده است، اما می‌دانیم که با ژن‌ها در ارتباط است.

آنچه باید درباره سیناپس‌ها بدانیم:

بسیاری از عملکردهای بدن براساس ارتباط میان سلول‌ها است که در سیناپس اتفاق می‌افتد! اکنون که این مقاله را می‌خوانید، تریلیون سیناپس به معنای واقعی در حال ارسال پیام به مغز و سایر بخش‌های بدن شما هستند. نورون‌ها از طریق پیوستگاه عصبی-عضلانی، حرکت را به عضلات منتقل می‌کنند، به چشمان اجازه حرکت و به انگشتان اجازه ضربه زدن را می دهند! سیناپس‌های مغز اطلاعات حسی را از چشمان، گوش ها و سایر حواس دریافت می‌کنند و شما این اطلاعات را برای بهترین تصمیم‌گیری درباره اینکه چکار باید انجام دهید، استفاده می‌کنید. سیناپس‌ها تغییر می‌کنند تا امکان یادگیری و به خاطر سپردن آنچه که یاد می‌گیرید را برایتان فراهم آورند. خوشبختانه، سیناپس‌ها کمک می‌کنند تا اطلاعات این مقاله بعنوان حافظه بلند مدت در مغزتان بماند.