מערכת העצבים האנושית פועלת כמעין מתאם בגופנו. הוא מעביר פקודות מהמוח לשרירים, איברים, רקמות ומעבד את האותות המגיעים מהם. דחף עצבי משמש כמעין נושא נתונים. מה הוא מייצג? באיזו מהירות זה עובד? ניתן לענות על שאלות אלו ועוד מספר שאלות במאמר זה.
מהו דחף עצבי?
זהו שמו של גל העירור שמתפשט דרך הסיבים כתגובה לגירוי של נוירונים. הודות למנגנון זה, מידע מועבר מקולטנים שונים למערכת העצבים המרכזית. וממנו, בתורו, לאיברים שונים (שרירים ובלוטות). אבל מהו התהליך הזה ברמה הפיזיולוגית? מנגנון ההעברה של דחף עצבי הוא שהקרומים של הנוירונים יכולים לשנות את הפוטנציאל האלקטרוכימי שלהם. והתהליך שמעניין אותנו מתרחש בתחום הסינפסות. המהירות של דחף עצבי יכולה להשתנות בין 3 ל-12 מטרים לשנייה. נדבר על זה יותר, כמו גם על הגורמים המשפיעים על זה.
מחקר של מבנה ועבודה
לראשונה, מעבר של דחף עצבי הודגם על ידי גרמניהמדענים E. גרינג ו-G. Helmholtz על הדוגמה של צפרדע. יחד עם זאת, נמצא שהאות הביו-אלקטרי מתפשט במהירות שצוינה קודם לכן. באופן כללי, זה אפשרי בשל הבנייה המיוחדת של סיבי עצב. במובנים מסוימים, הם דומים לכבל חשמלי. אם כן, אם אנו מציירים לו הקבלות, אז המוליכים הם האקסונים, והמבודדים הם מעטפות המיאלין שלהם (הם הממברנה של תא השוואן, שמפותל בכמה שכבות). יתרה מכך, מהירות הדחף העצבי תלויה בעיקר בקוטר הסיבים. השני בחשיבותו הוא איכות הבידוד החשמלי. אגב, הגוף משתמש בליפופרוטאין מיאלין, בעל תכונות של דיאלקטרי, כחומר. Ceteris paribus, ככל שהשכבה שלו גדולה יותר, כך הדחפים העצביים יעברו מהר יותר. גם כרגע לא ניתן לומר שהמערכת הזו נחקרה במלואה. הרבה מה שקשור לעצבים ודחפים הוא עדיין בגדר תעלומה ונושא מחקר.
תכונות המבנה והתפקוד
אם מדברים על הנתיב של דחף עצבי, יש לשים לב שמעטפת המיאלין אינה מכסה את הסיב לכל אורכו. תכונות העיצוב הן כאלה שניתן להשוות בצורה הטובה ביותר את המצב הנוכחי עם יצירת שרוולים קרמיים מבודדים המתוחים בחוזקה על מוט של כבל חשמלי (אם כי במקרה זה על האקסון). כתוצאה מכך, ישנם אזורים חשמליים קטנים לא מבודדים שמהם זרם היונים יכול לזרום בקלות החוצהאקסון לסביבה (או להיפך). זה מגרה את הממברנה. כתוצאה מכך נגרם יצירת פוטנציאל פעולה באזורים שאינם מבודדים. תהליך זה נקרא יירוט של Ranvier. הנוכחות של מנגנון כזה מאפשרת לגרום לדחף העצבי להתפשט הרבה יותר מהר. בואו נדבר על זה עם דוגמאות. לפיכך, מהירות הולכת הדחף העצבי בסיב עבה מיאלין, שקוטרו נע בין 10-20 מיקרון, היא 70-120 מטר לשנייה. ואילו למי שיש לו מבנה לא אופטימלי, נתון זה קטן פי 60!
איפה הם מיוצרים?
דחפים עצביים מקורם בנוירונים. היכולת ליצור "הודעות" כאלה היא אחד המאפיינים העיקריים שלהם. הדחף העצבי מבטיח התפשטות מהירה של אותו סוג של אותות לאורך האקסונים למרחק רב. לכן, זהו האמצעי החשוב ביותר של הגוף לחילופי מידע בו. נתונים על גירוי מועברים על ידי שינוי תדירות החזרה שלהם. פועלת כאן מערכת מורכבת של כתבי עת, שיכולה לספור מאות דחפים עצביים בשנייה אחת. לפי עיקרון קצת דומה, אם כי הרבה יותר מסובך, אלקטרוניקת מחשבים עובדת. לכן, כאשר דחפים עצביים מתעוררים בנוירונים, הם מקודדים בצורה מסוימת, ורק אז הם מועברים. במקרה זה, המידע מקובץ ל"חבילות" מיוחדות, בעלות מספר ואופי שונה של הרצף. כל זה, ביחד, הוא הבסיס לפעילות החשמלית הקצבית של המוח שלנו, שניתן לרשום בזכותאלקטרואנצפלוגרמה.
סוגי תאים
אם מדברים על רצף המעבר של דחף עצבי, אי אפשר להתעלם מתאי העצב (נוירונים) שדרכם מתרחשת שידור האותות החשמליים. אז, הודות להם, חלקים שונים בגוף שלנו מחליפים מידע. בהתאם למבנה ולפונקציונליות שלהם, נבדלים שלושה סוגים:
- קולטן (רגיש). הם מקודדים והופכים לדחפים עצביים כל גירויים בטמפרטורה, כימית, קול, מכאנית ואור.
- הכנסה (נקראת גם מנצח או סגירה). הם משמשים לעיבוד והחלפת דחפים. המספר הגדול ביותר מהם נמצא במוח ובחוט השדרה האנושיים.
- יעיל (מנוע). הם מקבלים פקודות ממערכת העצבים המרכזית לבצע פעולות מסוימות (בשמש הבהירה, עוצמים עיניים ביד, וכן הלאה).
לכל נוירון יש גוף תא ותהליך. הנתיב של דחף עצבי דרך הגוף מתחיל בדיוק עם האחרון. התהליכים הם משני סוגים:
- דנדריטים. הם מופקדים על הפונקציה של תפיסת גירוי של הקולטנים הממוקמים עליהם.
- אקסונים. הודות להם, דחפים עצביים מועברים מהתאים לאיבר הפועל.
היבט מעניין של הפעילות
אם מדברים על הולכה של דחף עצבי על ידי תאים, קשה שלא לספר על רגע אחד מעניין. אז, כשהם במנוחה, אז נניחלפיכך, משאבת הנתרן-אשלגן עוסקת בתנועת יונים בצורה כזו שתשיג את ההשפעה של מים מתוקים בפנים ומלוחים בחוץ. עקב חוסר האיזון שנוצר בהפרש הפוטנציאל על פני הממברנה, ניתן לראות עד 70 מילי-וולט. לשם השוואה, מדובר ב-5% מסוללות AA קונבנציונליות. אבל ברגע שמצב התא משתנה, שיווי המשקל המתקבל מופר, והיונים מתחילים לשנות מקום. זה קורה כאשר הנתיב של דחף עצבי עובר דרכו. בשל הפעולה הפעילה של יונים, פעולה זו נקראת גם פוטנציאל הפעולה. כאשר הוא מגיע לערך מסוים, מתחילים תהליכים הפוכים, והתא מגיע למצב של מנוחה.
על פוטנציאל פעולה
אם כבר מדברים על המרת דחפים עצביים והתפשטות, יש לציין שזה יכול להיות מילימטרים אומללים לשנייה. ואז האותות מהיד למוח היו מגיעים תוך דקות, וזה ברור שלא טוב. זה המקום שבו נדן המיאלין שנדון בעבר ממלא את תפקידו בחיזוק פוטנציאל הפעולה. וכל ה"מעברים" שלו ממוקמים בצורה כזו שיש להם רק השפעה חיובית על מהירות העברת האות. לכן, כאשר דחף מגיע לקצה החלק העיקרי של גוף אקסון אחד, הוא מועבר לתא הבא, או (אם אנחנו מדברים על המוח) לענפים רבים של נוירונים. במקרים האחרונים, עיקרון מעט שונה עובד.
איך הכל עובד במוח?
בוא נדבר על איזה רצף העברת דחפים עצביים פועל בחלקים החשובים ביותר של מערכת העצבים המרכזית שלנו.כאן, נוירונים מופרדים משכניהם על ידי פערים קטנים, הנקראים סינפסות. פוטנציאל הפעולה לא יכול לחצות אותם, ולכן הוא מחפש דרך אחרת להגיע לתא העצב הבא. בסוף כל תהליך יש שקים קטנים הנקראים שלפוחיות פרה-סינפטיות. כל אחד מהם מכיל תרכובות מיוחדות - נוירוטרנסמיטורים. כאשר מגיע אליהם פוטנציאל פעולה, מולקולות משתחררות מהשקיות. הם חוצים את הסינפסה ומתחברים לקולטנים מולקולריים מיוחדים הממוקמים על הממברנה. במקרה זה, האיזון מופר, וכנראה, מופיע פוטנציאל פעולה חדש. זה עדיין לא ידוע בוודאות, נוירופיזיולוגים חוקרים את הנושא עד היום.
העבודה של נוירוטרנסמיטורים
כשהם מעבירים דחפים עצביים, יש כמה אפשרויות למה שיקרה להם:
- הם יתפזרו.
- יעבור פירוק כימי.
- תחזרו לתוך הבועות שלהם (זה נקרא כיבוש מחדש).
תגלית מדהימה התגלתה בסוף המאה ה-20. מדענים למדו שתרופות המשפיעות על נוירוטרנסמיטורים (כמו גם על שחרורם וספיגה חוזרת) יכולות לשנות את מצבו הנפשי של האדם באופן מהותי. כך, למשל, מספר תרופות נוגדות דיכאון כמו פרוזאק חוסמות את הספיגה החוזרת של סרוטונין. יש כמה סיבות להאמין שמחסור במוליך העצבי דופמין הוא האשם במחלת פרקינסון.
עכשיו חוקרים שחוקרים את המצבים הגבוליים של נפש האדם מנסים להבין איך זההכל משפיע על המוח של האדם. בינתיים אין לנו תשובה לשאלה כה מהותית: מה גורם לנוירון ליצור פוטנציאל פעולה? עד כה, מנגנון "השקת" התא הזה הוא סוד עבורנו. מעניינת במיוחד מנקודת המבט של החידה הזו היא עבודתם של נוירונים במוח הראשי.
בקיצור, הם יכולים לעבוד עם אלפי נוירוטרנסמיטרים שנשלחים על ידי שכניהם. פרטים לגבי עיבוד ושילוב של דחפים מסוג זה כמעט ולא ידועים לנו. למרות שקבוצות מחקר רבות עובדות על זה. כרגע, התברר לגלות שכל הדחפים המתקבלים משולבים, והנוירון מקבל החלטה - האם יש צורך לשמור על פוטנציאל הפעולה ולהעביר אותם הלאה. תפקוד המוח האנושי מבוסס על תהליך בסיסי זה. ובכן, אין זה פלא שאנחנו לא יודעים את התשובה לחידה הזו.
כמה מאפיינים תיאורטיים
במאמר, "דחף עצבי" ו"פוטנציאל פעולה" שימשו כמילים נרדפות. תיאורטית, זה נכון, אם כי במקרים מסוימים יש צורך לקחת בחשבון כמה תכונות. אז אם אתה נכנס לפרטים, אז פוטנציאל הפעולה הוא רק חלק מהדחף העצבי. בעזרת בחינה מפורטת של ספרים מדעיים, ניתן לגלות שזהו רק השינוי במטען הממברנה מחיוב לשלילי ולהיפך. ואילו דחף עצבי מובן כתהליך מבני ואלקטרוכימי מורכב. זה מתפשט על פני קרום הנוירון כמו גל נודד של שינויים. פוטנציאלפעולות הן רק מרכיב חשמלי בהרכב של דחף עצבי. הוא מאפיין את השינויים המתרחשים עם המטען של קטע מקומי של הממברנה.
היכן נוצרים דחפים עצביים?
איפה הם מתחילים את המסע שלהם? התשובה לשאלה זו יכולה להינתן על ידי כל סטודנט שחקר בשקידה את הפיזיולוגיה של עוררות. יש ארבע אפשרויות:
- סוף קולטן של הדנדריט. אם הוא קיים (וזה לא עובדה), אזי תיתכן נוכחות של גירוי הולם, שיצור קודם פוטנציאל מחולל, ולאחר מכן דחף עצבי. קולטני כאב פועלים בצורה דומה.
- הממברנה של הסינפסה המעוררת. ככלל, זה אפשרי רק אם יש גירוי חזק או סיכום שלהם.
- אזור ההדק של Dentrid. במקרה זה, פוטנציאלים פוסט-סינפטיים מעוררים מקומיים נוצרים כתגובה לגירוי. אם הצומת הראשון של Ranvier הוא מיאלין, אז הם מסוכמים עליו. עקב הימצאותו של קטע מהממברנה שם, שיש לו רגישות מוגברת, מתרחש כאן דחף עצבי.
- גבעה של אקסון. זה השם של המקום שבו האקסון מתחיל. התל הוא הנפוץ ביותר ליצירת דחפים על נוירון. בכל שאר המקומות שנחשבו קודם לכן, התרחשותם הרבה פחות סבירה. זאת בשל העובדה שכאן לממברנה יש רגישות מוגברת, כמו גם רמה קריטית נמוכה יותר של דפולריזציה. לכן, כאשר מתחיל סיכום של פוטנציאלים פוסט-סינפטיים מעוררים רבים, הגבעה מגיבה אליהם קודם כל.
דוגמה להפצת ריגוש
לספר במונחים רפואיים עלול לגרום לאי הבנה של נקודות מסוימות. כדי לבטל זאת, כדאי לעבור בקצרה על הידע המוצהר. ניקח אש כדוגמה.
זכור את עלוני החדשות של הקיץ שעבר (גם יישמע שוב בקרוב). האש מתפשטת! במקביל נשארים במקומם עצים ושיחים שנשרפים. אבל חזית האש הולכת ומתרחקת מהמקום שבו הייתה האש. מערכת העצבים פועלת בצורה דומה.
לרוב יש צורך להרגיע את מערכת העצבים שהחלה לרגש. אבל זה לא כל כך קל לעשות, כמו במקרה של שריפה. לשם כך, הם מבצעים התערבות מלאכותית בעבודה של נוירון (למטרות רפואיות) או משתמשים באמצעים פיזיולוגיים שונים. אפשר להשוות את זה לשפיכת מים על אש.
