القنوات التي ترسل المعلومات إلى الدماغ. تم اختراع طريقة لنقل المعلومات مباشرة عبر الدماغ البشري
ومن شبكية العين، يتم إرسال الإشارات إلى الجزء المركزي من المحلل على طول العصب البصري، الذي يتكون من ما يقرب من مليون ألياف عصبية. على مستوى التصالبة البصرية، يذهب حوالي نصف الألياف إلى نصف الكرة المعاكس للدماغ، والنصف المتبقي يذهب إلى نفس نصف الكرة الأرضية (المماثل). يحدث التبديل الأول لألياف العصب البصري في الجسم الركبي الجانبي للمهاد. من هنا، يتم إرسال ألياف جديدة عبر الدماغ إلى القشرة البصرية (الشكل 5.17).
بالمقارنة مع شبكية العين، فإن الجسم الركبي هو تكوين بسيط نسبيا. لا يوجد سوى مشبك عصبي واحد هنا، لأن الألياف الواردة من العصب البصري تنتهي عند الخلايا التي ترسل نبضاتها إلى القشرة. يحتوي الجسم الركبي على ست طبقات من الخلايا، كل منها تتلقى مدخلات من عين واحدة فقط. الأربعة العليا عبارة عن خلية صغيرة، والاثنان السفليان عبارة عن خلية كبيرة، لذلك تسمى الطبقات العليا بارفوسيلولار(بارفو - صغير، سيلولا - خلية، خطوط العرض.)والسفلى - كبير الخلية(ماغنوس - كبير، خطوط العرض.)(الشكل 5.18).
يتلقى هذان النوعان من الطبقات معلومات من خلايا عقدية مختلفة مرتبطة بأنواع مختلفة من الخلايا والمستقبلات ثنائية القطب. يتم تنشيط كل خلية من خلايا الجسم الركبي من المجال الاستقبالي للشبكية ولها مراكز "on" أو "ofrV" ومحيط للعلامة المعاكسة. ومع ذلك، بين خلايا الجسم الركبي وخلايا العقدة في شبكية العين هناك
أرز. 5 17نقل المعلومات البصرية إلى الدماغ. 1- العين؛ 2 - شبكية العين. 3 - العصب البصري. 4 - التصالب البصري. 5 - الجسم الركبي الخارجي، 6 - الإشعاع البصري؛ 7 - القشرة البصرية. 8- الفصوص القذالية (ليندسني، نورمان، 1974)
الدماغ هو الأساس المادي للرؤية. تمر معظم المسارات المؤدية من الشبكية إلى القشرة البصرية في نصفي الكرة الخلفي عبر الجسم الركبي الجانبي. يكشف المقطع العرضي لهذا الهيكل تحت القشري عن ست طبقات من الخلايا، اثنتان منها تتوافقان مع الوصلات كبيرة الخلايا (M)، وأربعة مع الوصلات الخلوية (P) (زكي، 1992).
هناك اختلافات، وأهمها القدرة الأكثر وضوحًا لمحيط المجال المستقبلي لخلايا الجسم الركبي على قمع تأثير المركز، أي أنها أكثر تخصصًا (Hubel، 1974).
ترسل الخلايا العصبية في الجسم الركبي الجانبي محاورها العصبية إلى القشرة البصرية الأولية، والتي تسمى أيضًا منطقةالسادس (مرئي - بصري، إنجليزي).البصرية الأولية (مهاجم)تتكون القشرة من نظامين متوازيين ومستقلين إلى حد كبير - كبير الخلايا وشبه خلوي، ويتم تسميتهما وفقًا لطبقات الأجسام الركبية للمهاد (زكي وشوب، 1988). يوجد الجهاز كبير الخلايا في جميع الثدييات، وبالتالي له أصل سابق. النظام الخلوي موجود فقط في الرئيسيات، مما يشير إلى أصله التطوري اللاحق (كارلسون، 1992). يتم تضمين النظام كبير الخلايا في تحليل الشكل والحركة وعمق الفضاء البصري. ويشارك الجهاز شبه الخلوي في الوظائف البصرية التي تم تطويرها في الرئيسيات، مثل إدراك الألوان والكشف عن التفاصيل الدقيقة (ميريجان، 1989).
يتم الاتصال بين الأجسام الركبية والقشرة المخططة بدقة طبوغرافية عالية: تحتوي المنطقة السادسة في الواقع على "خريطة" لكامل سطح شبكية العين. يؤدي تلف أي جزء من مسار العصب الذي يربط الشبكية بالمنطقة السادسة إلى ظهورها مجالات العمى المطلق،أبعادها وموضعها يتوافق تمامًا مع طولها وعمقها
توطين الضرر في المنطقة السادسة. قام S. Henschen بتسمية هذه المنطقة الشبكية القشرية (زكي، 1992).
تتلامس الألياف القادمة من الأجسام الركبية الجانبية مع خلايا الطبقة الرابعة من القشرة. ومن هنا، تنتشر المعلومات في النهاية إلى جميع الطبقات. ترسل خلايا الطبقتين الثالثة والخامسة من القشرة محاورها إلى هياكل أعمق في الدماغ. تعمل معظم الوصلات بين خلايا القشرة المخططة بشكل عمودي على السطح، وتكون الوصلات الجانبية قصيرة في الغالب. وهذا يشير إلى وجود المحلية في معالجة المعلومات في هذا المجال.
وتنقسم منطقة الشبكية التي تؤثر على الخلية البسيطة من القشرة (المجال الاستقبالي للخلية)، مثل مجالات الخلايا العصبية في شبكية العين والأجسام الركبية، إلى منطقتي "on" و"offr". ومع ذلك، فإن هذه الحقول بعيدة عن أن تكون دائرة مثالية. في حالة نموذجية، يتكون المجال الاستقبالي من منطقة "op" طويلة وضيقة جدًا، وهي مجاورة من كلا الجانبين بمناطق "o!G" أوسع (Hubel، 1974).
هنا سنتحدث أيضًا عن المعلومات. ولكن لكي لا نخلط بين التفسيرات المختلفة لنفس الكلمة، دعونا نحدد على الفور بوضوح المعلومات التي سنتحدث عنها، لذلك فإن الدماغ قادر على تسجيل الاتصالات فقط. يتذكر الدماغ هذا النوع من المعلومات (الاتصال). والعملية التي يقوم بها بذلك تسمى عملية "الذاكرة"، ولكننا اعتدنا على تسمية المعلومات أيضاً بما لا يعرف الدماغ كيف يتذكره. هذه أشياء موجودة حقًا في العالم من حولنا. هذا كل ما يجب أن نتعلمه في المدرسة أو الكلية، وهذه المعلومات هي التي سنتحدث عنها الآن. دعونا نتعرف على كيفية تفاعل الدماغ مع الأشياء الحقيقية، والمعلومات النصية، ونوع خاص جدًا من المعلومات - المعلومات الرمزية (أو الدقيقة). لا يستطيع الدماغ أن يتذكر أنواع المعلومات المدرجة - الأشياء الحقيقية، والنصوص، وأرقام الهواتف (وأرقام الهواتف). معلومات مماثلة). لكن التجربة تشير إلى أننا مازلنا قادرين على تذكر بعض ما سبق. كيف يتم حفظ واستنساخ هذه المعلومات؟
1. الصور 2. المعلومات النصية 3. معلومات التوقيع
أولاً، دعونا نحلل رد فعل الدماغ تجاه الأشياء الواقعية. فكيف يتمكن الدماغ من إعادة إنتاجها إذا لم يتمكن أي من الباحثين من اكتشاف الصور المرئية في الدماغ؟ لقد تصرفت الطبيعة بمكر شديد. أي كائن موجود بالفعل له اتصالات داخلية. الدماغ قادر على تحديد وتذكر هذه الروابط. هل تساءلت يومًا لماذا يحتاج الإنسان فعليًا إلى العديد من أعضاء الحواس؟ لماذا نحن قادرون على شم وتذوق ورؤية جسم ما وسماعه (إذا كان يصدر أصواتا)؟إن الجسم الواقعي يصدر إشارات فيزيائية وكيميائية إلى الفضاء. هذا هو الضوء المنعكس منه أو المنبعث منه، وهذه كلها أنواع من الاهتزازات في الهواء، ويمكن أن يكون للكائن طعم، ويمكن لجزيئات هذا الكائن أن تطير بعيدًا عنه. إذا كان لدى الشخص عضو حسي واحد فقط، فإن نظام الذاكرة في الدماغ، الذي يسجل الاتصالات، لن يتمكن من تذكر أي شيء. لكن حقل معلومات عام واحد من كائن ما يقسمه دماغنا إلى عدة مكونات. تدخل المعلومات إلى الدماغ من خلال قنوات الإدراك المختلفة. ينقل المحلل البصري الخطوط العريضة للكائن (فليكن تفاحة). يستشعر المحلل السمعي الأصوات الصادرة عن جسم ما: عندما تقضم تفاحة، تسمع صوت طحن مميز. محلل الذوق يدرك الذوق. يستطيع الأنف اكتشاف الجزيئات المنبعثة من التفاح الناضج على بعد أمتار قليلة. يمكن لبعض المعلومات حول جسم ما أن تدخل إلى الدماغ عن طريق اليدين (اللمس)، ونتيجة لتقسيم المعلومات حول جسم ما إلى أجزاء، يصبح الدماغ قادرًا على تكوين اتصالات. وتتشكل هذه الروابط بشكل طبيعي. كل ما هو موجود في الوعي في وقت ما يرتبط، أي يتم تذكره. ونتيجة لذلك، فبينما ندرس تفاحة، وبينما نتفحصها، وندورها بين أيدينا، ونتذوقها، يحدد الدماغ خصائص مختلفة لهذه التفاحة. كائن طبيعيويشكل اتصالات فيما بينها تلقائيًا، ولا يتم تذكر أي من الخصائص في حد ذاتها. يتم تذكر الاتصالات فقط. في المستقبل، عندما يشم أنفنا رائحة التفاح - أي أن الحافز يدخل إلى الدماغ - ستعمل الاتصالات التي تم تشكيلها مسبقًا وسيقوم الدماغ بإنشاء خصائص أخرى لهذا الكائن في أذهاننا. سوف نتذكر الصورة الكاملة للتفاحة، إن آلية الحفظ الطبيعي واضحة جدًا لدرجة أنه من الغريب الحديث عنها. تتيح لنا طريقة الحفظ هذه الفرصة للتعرف على الأشياء الموجودة في العالم من حولنا فقط من خلال جزء صغير من المعلومات المتعلقة بها.
في الوقت نفسه، وعلى الرغم من التأخير لمدة جزء من الثانية، فإن واجهة الدماغ والكمبيوتر والإنترنت والكمبيوتر والدماغ التي نفذها العلماء سمحت لشخص واحد بالتحكم في حركات شخص آخر. وبالنظر إلى أن هذا العمل يجري تحت رعاية مكتب أبحاث الجيش الأمريكي، فليس من المستغرب على الإطلاق أن تستخدم المظاهرة الأخيرة لعبة إطلاق نار ومحاكاة عمليات باستخدام عبوات ناسفة. ويرى الجيش الأمريكي في هذه التكنولوجيا فرصة لاستخدام النقل المباشر للمعلومات لتجاوز الحواجز اللغوية والاختلافات في الخبرة بين شخصين يحتاجان إلى أداء بعض الأعمال التي قد تكون خطيرة بشكل مشترك.
تم إجراء أول عرض توضيحي لوظائف هذا النظام في العام الماضي. ولم يؤكد العرض التوضيحي الحالي وظيفة الفكرة نفسها فحسب، بل أظهر أيضًا بعضًا من قدراتها الموسعة. كما كان من قبل، يرتدي أحد المشاركين، وهو الشخص الذي يتحكم عن بعد في تصرفات شخص آخر، أجهزة استشعار تخطيط كهربية الدماغ (EEG)، التي يقرأ الكمبيوتر من خلالها أنماط نشاط الدماغ في مناطق معينة من الدماغ. يتم رقمنة هذه البيانات ونقلها عبر الإنترنت إلى كمبيوتر آخر، والذي يقوم بالتسلسل بأكمله في الاتجاه المعاكس. أما الشخص الثاني، وهو المؤدي، فهو تحت التأثير حقل مغناطيسيناجم عن ملف يستهدف منطقة الدماغ التي تتحكم في حركات اليد. يمكن للمشغل البشري إرسال أمر إلى شخص آخر ولهذا فهو لا يحتاج حتى إلى التحرك، بل يحتاج فقط إلى تخيل أنه يحرك يده. يتلقى المؤدي البشري الأوامر من الخارج باستخدام تقنية الإثارة المغناطيسية عبر الجمجمة وتتحرك يداه بشكل مستقل عن وعيه.
وفي تجاربهم، اختبر الباحثون أداء النظام على ثلاثة أزواج من المشاركين. كان المشغل والمؤدي موجودًا دائمًا في مبنيين، وكانت المسافة بينهما 1.5 كيلومترًا وتم وضع خط اتصال رقمي واحد فقط بينهما. "لقد شارك المشغل الأول في لعبة كومبيوترحيث كان عليه الدفاع عن المدينة من الهجوم باستخدام الأسلحة أنواع مختلفةوإسقاط الصواريخ التي أطلقها العدو. وفي الوقت نفسه، كان محرومًا تمامًا من إمكانية التأثير الجسدي على طريقة اللعب. الطريقة الوحيدة التي تمكن المشغل من ممارسة اللعبة هي التحكم عقليًا في حركات يديه وأصابعه، حسبما كتب باحثون في واشنطن. - تباينت دقة اللعبة بشكل كبير من زوج إلى آخر وتراوحت بين 25 إلى 83 بالمائة. وأعلى مستوى من الأخطاء كان بسبب الخطأ في تنفيذ أمر “إطلاق النار”.
وقد حصل الباحثون الآن على منحة بقيمة مليون دولار من مؤسسة W. M. Keck، والتي ستسمح لهم بمواصلة أبحاثهم وتوسيعها. كجزء من المرحلة الجديدة، سيتعلم الباحثون كيفية فك ونقل عمليات الدماغ الأكثر تعقيدا، وتوسيع عدد أنواع المعلومات المنقولة، مما سيسمح بنقل المفاهيم والأفكار والقواعد. بفضل هذا، على الأقل هذا ما يعول عليه العلماء، سيكون من الممكن في المستقبل القريب تنفيذ مثل هذه التقنيات الرائعة، والتي من خلالها، على سبيل المثال، سيتمكن العلماء اللامعون من نقل معارفهم مباشرة إلى الطلاب، أو سيتمكن الموسيقيون أو الجراحون الموهوبون من إجراء العمليات عن بعد باستخدام أيدي الآخرين.
الخصائص الرئيسية لمحلل السمع البشري
هيكل وعمل المحلل السمعي البشري
جميع المعلومات الصوتية التي يتلقاها الشخص من العالم الخارجي (وهي حوالي 25% من المجموع) يتم التعرف عليها من خلال الجهاز السمعي.
الجهاز السمعي هو نوع من أجهزة استقبال المعلومات ويتكون من الجزء المحيطي والأجزاء العليا من الجهاز السمعي.
يقوم الجزء المحيطي من الجهاز السمعي بالوظائف التالية:
- هوائي صوتي يستقبل الإشارة الصوتية ويحدد موقعها ويركزها ويضخمها؛
- ميكروفون؛
- محلل التردد والوقت.
محول تمثيلي إلى رقمي يحول الإشارة التناظرية إلى نبضات عصبية ثنائية.
ينقسم الجهاز السمعي المحيطي إلى ثلاثة أجزاء: الأذن الخارجية والوسطى والداخلية.
تتكون الأذن الخارجية من الصيوان وقناة الأذن التي تنتهي بغشاء رقيق يسمى طبلة الأذن. الأذنان الخارجيتان والرأس عبارة عن مكونات للهوائي الصوتي الخارجي الذي يربط (يطابق) طبلة الأذن بمجال الصوت الخارجي. الوظائف الرئيسية للأذن الخارجية هي الإدراك بكلتا الأذنين (المكاني)، وتحديد مصدر الصوت، وتضخيم الطاقة الصوتية، خاصة في الترددات المتوسطة والعالية.
صوان 1 في منطقة الأذن الخارجية (الشكل 1.أ) يوجه الاهتزازات الصوتية إلى قناة الأذن 2, تنتهي بطبلة الأذن 5. تعمل القناة السمعية بمثابة رنان صوتي بترددات حوالي 2.6 كيلو هرتز مما يزيد من ضغط الصوت ثلاث مرات. لذلك، في نطاق التردد هذا يتم تضخيم إشارة الصوت بشكل كبير، وهنا تقع المنطقة ذات حساسية السمع القصوى تؤثر الإشارة الصوتية أيضًا على طبلة الأذن3.
طبلة الأذن عبارة عن طبقة رقيقة يبلغ سمكها 74 ميكرون، على شكل مخروطي وطرفها مواجه للأذن الوسطى. وهي تشكل الحدود مع منطقة الأذن الوسطى وتتصل هنا بآلية الرافعة العضلية الهيكلية على شكل مطرقة 4 والسندان 5. يقع عنيق السندان على غشاء النافذة البيضاوية 6 الأذن الداخلية 7. نظام ذراع المطرقة السنديانية عبارة عن محول لاهتزازات طبلة الأذن، مما يزيد من ضغط الصوت على غشاء النافذة البيضاوية لتحقيق أكبر قدر من عودة الطاقة من بيئة الهواءالأذن الوسطى تتواصل مع بيئة خارجيةمن خلال البلعوم الأنفي 8, في منطقة الأذن الداخلية 7 مملوءة بسائل غير قابل للضغط - الليمف المحيطي.
الأذن الوسطى عبارة عن تجويف مملوء بالهواء متصل بالبلعوم الأنفي عن طريق قناة استاكيوس كبطانة الضغط الجوي. تقوم الأذن الوسطى بالوظائف التالية: مطابقة مقاومة البيئة الهوائية مع البيئة السائلة لقوقعة الأذن الداخلية؛ الحماية من الأصوات العالية (المنعكس الصوتي)؛ التضخيم (آلية الرافعة)، حيث يتم تضخيم ضغط الصوت المنقول إلى الأذن الداخلية بحوالي 38 ديسيبل مقارنة بالضغط الذي يصل إلى طبلة الأذن.
رسم بياني 1. هيكل جهاز السمع
إن بنية الأذن الداخلية (كما هو موضح في الشكل 1.6) معقدة للغاية وتتم مناقشتها هنا بشكل تخطيطي. تجويفها 7 عبارة عن أنبوب مستدق نحو القمة، ملفوف إلى 2.5 لفة على شكل حلزون بطول 3.5 سم، تجاورها قنوات الجهاز الدهليزي على شكل ثلاث حلقات 9. هذه المتاهة بأكملها محدودة بحاجز عظمي 10. لاحظ أنه في جزء المدخل من الأنبوب، بالإضافة إلى الغشاء البيضاوي، يوجد غشاء نافذة مستدير 11, أداء الوظيفة المساعدة لتنسيق الأذن الوسطى والداخلية.
يقع الغشاء الرئيسي على طول القوقعة بالكامل 12 - محلل الإشارات الصوتية. وهو عبارة عن شريط ضيق من الأربطة المرنة (الشكل 1.6)، يمتد نحو الجزء العلوي من القوقعة. يُظهر المقطع العرضي (الشكل 1.ج) الغشاء الرئيسي 12, غشاء العظم (ريسنر). 13, فصل البيئة السائلة للجهاز الدهليزي عن الجهاز السمعي. توجد على طول الغشاء الرئيسي طبقات من نهايات الألياف العصبية للعضو الرابع عشر في كورتي، متصلة بعاصبة 15.
يتكون الغشاء الرئيسي من عدة آلاف من الألياف المستعرضةطول 32 ملم. يحتوي عضو كورتي على مستقبلات سمعية متخصصة- خلايا الشعر. وفي الاتجاه العرضي، يتكون عضو كورتي من صف واحد من الخلايا الشعرية الداخلية وثلاثة صفوف من الخلايا الشعرية الخارجية.
العصب السمعي عبارة عن جذع ملتوي، يتكون جوهره من ألياف تمتد من قمة القوقعة، والطبقات الخارجية من أقسامها السفلية. بمجرد دخولها إلى جذع الدماغ، تتفاعل الخلايا العصبية مع الخلايا مراحل مختلفة، ترتفع إلى القشرة وتعبر على طول الطريق بحيث تصل المعلومات السمعية من الأذن اليسرى بشكل رئيسي إلى النصف الأيمن، حيث تتم معالجة المعلومات العاطفية بشكل رئيسي، ومن الأذن اليمنى إلى نصف الكرة الأيسرحيث تتم معالجة المعلومات الدلالية بشكل أساسي. في القشرة، تقع مناطق السمع الرئيسية في المنطقة الزمنية، وهناك تفاعل مستمر بين نصفي الكرة الأرضية.
آلية عامةيمكن تبسيط نقل الصوت على النحو التالي: تمر الموجات الصوتية عبر قناة الصوت وإثارة اهتزازات طبلة الأذن. تنتقل هذه الاهتزازات عبر الجهاز العظمي للأذن الوسطى إلى النافذة البيضاوية، مما يدفع السائل إلى الجزء العلوي من القوقعة.
عندما يتأرجح غشاء النافذة البيضاوية في سائل الأذن الداخلية، تحدث اهتزازات مرنة تتحرك على طول الغشاء الرئيسي من قاعدة القوقعة إلى قمتها. يشبه هيكل الغشاء الرئيسي نظام الرنانات ذات ترددات الرنين المترجمة على طولها. تتفاعل مناطق الغشاء الموجودة عند قاعدة القوقعة مع مكونات الاهتزازات الصوتية عالية التردد، مما يؤدي إلى اهتزازها، وتتفاعل الأجزاء الوسطى مع المكونات ذات التردد المتوسط، والمناطق القريبة من الأعلى - مع الترددات المنخفضة. تضعف المكونات عالية التردد في اللمف بسرعة ولا تؤثر على مناطق الغشاء البعيدة عن البداية.
ظاهرة الرنين موضعية على سطح الغشاء على شكل نقش، كما هو موضح تخطيطيًا في الشكل. 1. ز،تثير الخلايا "الشعرية" العصبية الموجودة على الغشاء الرئيسي في عدة طبقات، وتشكل عضو كورتي.تحتوي كل خلية من هذه الخلايا على ما يصل إلى مائة نهايات "شعرية". يوجد على الجانب الخارجي للغشاء ثلاث إلى خمس طبقات من هذه الخلايا، ويوجد تحتها صف داخلي، بحيث يكون إجمالي عدد الخلايا "الشعرية" التي تتفاعل مع بعضها البعض طبقة بعد طبقة عندما يتشوه الغشاء حوالي 25 الف.
في عضو كورتي، يتم تحويل الاهتزازات الميكانيكية للغشاء إلى نبضات كهربائية منفصلة من الألياف العصبية. عندما يهتز الغشاء الرئيسي، تنحني الأهداب الموجودة على الخلايا الشعرية، وهذا يولد جهدًا كهربائيًا، مما يتسبب في تدفق نبضات عصبية كهربائية تحمل جميع المعلومات الضرورية عن الإشارة الصوتية المستقبلة إلى الدماغ لمزيد من المعالجة والاستجابة. نتيجة هذه العملية المعقدة هي تحويل الإشارة الصوتية المدخلة إلى شكل كهربائيوبعد ذلك ينتقل بمساعدة الأعصاب السمعية إلى المناطق السمعية في الدماغ.
يمكن اعتبار الأجزاء العليا من الجهاز السمعي (بما في ذلك المناطق السمعية في القشرة الدماغية) معالجًا منطقيًا يتعرف (يفك تشفير) الإشارات الصوتية المفيدة على خلفية من الضوضاء، ويجمعها وفقًا لخصائص معينة، ويقارنها بالصور الموجودة في الذاكرة. ويحدد قيمة المعلومات الخاصة بهم ويتخذ قرارًا بشأن الاستجابات والإجراءات.
نقل الإشارات من أجهزة التحليل السمعي إلى الدماغ
إن عملية نقل المحفزات العصبية من الخلايا الشعرية إلى الدماغ هي عملية كهروكيميائية بطبيعتها.
يتم تمثيل آلية نقل المحفزات العصبية إلى الدماغ من خلال الرسم البياني في الشكل 2، حيث L و R هما الأذنان اليسرى واليمنى، و1 عبارة عن أعصاب سمعية، و2 و3 مراكز وسيطة لتوزيع ومعالجة المعلومات الموجودة في جذع الدماغ، و2 هما ما يسمى . نوى القوقعة 3 - الزيتونة العليا .
الصورة 2. آلية انتقال المحفزات العصبية إلى الدماغ
الآلية التي يتشكل بها الإحساس بالنغمة لا تزال موضع نقاش. ومن المعروف فقط أنه عند الترددات المنخفضة لكل نصف دورة اهتزاز الصوتتحدث عدة نبضات. عند الترددات الأعلى، لا تحدث النبضات في كل نصف دورة، ولكن بشكل أقل، على سبيل المثال، نبضة واحدة كل فترة ثانية، وعند الترددات الأعلى حتى كل ثلث. يعتمد تواتر النبضات العصبية الناشئة فقط على شدة التحفيز، أي. على مستوى ضغط الصوت.
معظمتنتقل المعلومات الواردة من الأذن اليسرى إلى نصف الكرة الأيمن من الدماغ، وعلى العكس من ذلك، تنتقل معظم المعلومات القادمة من الأذن اليمنى إلى نصف الكرة الأيسر. في الأجزاء السمعية من جذع الدماغ، يتم تحديد طبقة الصوت وكثافة الصوت وبعض خصائص الجرس، أي. يتم تنفيذ معالجة الإشارات الأولية. تتم عمليات المعالجة المعقدة في القشرة الدماغية. كثير منهم خلقي، والعديد منهم يتشكلون في عملية التواصل مع الطبيعة والناس، بدءا من الطفولة.
لقد ثبت أنه في معظم الأشخاص (95٪ من الأشخاص الذين يستخدمون اليد اليمنى و 70٪ من الأشخاص الذين يستخدمون اليد اليسرى) يتم تخصيص النصف الأيسر ومعالجته؛ العلامات الدلالية للمعلومات، وعلى اليمين - الجمالية. تم الحصول على هذا الاستنتاج في تجارب على الإدراك الحيوي (المتشعب والمنفصل) للكلام والموسيقى. عند الاستماع بالأذن اليسرى لمجموعة من الأرقام والأذن اليمنى لمجموعة أخرى، يفضل المستمع ما تدركه الأذن اليمنى والمعلومات التي يستقبلها نصف الكرة الأيسر. على العكس من ذلك، عند الاستماع إلى ألحان مختلفة بآذان مختلفة، تعطى الأفضلية لتلك التي تستمع إليها الأذن اليسرى والتي تدخل المعلومات منها إلى نصف الكرة الأيمن.
النهايات العصبية تحت تأثير الإثارة تولد نبضات (أي، عمليا إشارة مشفرة بالفعل، رقمية تقريبا)، تنتقل عبر الألياف العصبية إلى الدماغ: في اللحظة الأولى تصل إلى 1000 نبضة / ثانية، وبعد ثانية - لا يزيد عن 200 بسبب التعب الذي يحدد عملية التكيف، أي. انخفاض في جهارة الصوت المدرك مع التعرض لفترة طويلة للإشارة.
مبادئ نقل المعلومات والتنظيم الهيكلي للدماغ
يخطط
مقدمة
مبادئ نقل المعلومات والتنظيم الهيكلي للدماغ
الترابطات في الأجهزة العصبية البسيطة
الشبكات العصبية المعقدة ووظائف الدماغ العليا
هيكل الشبكية
أنماط الخلايا العصبية والاتصالات
جسم الخلية، التشعبات، المحاور
طرق التعرف على الخلايا العصبية وتتبع اتصالاتها. العناصر غير العصبية في الدماغ
تجميع الخلايا حسب الوظيفة
أنواع الخلايا الفرعية ووظيفتها
تقارب وتباعد الاتصالات
الأدب
مقدمة
دخل مصطلحا "علم الأحياء العصبية" و"علم الأعصاب" حيز الاستخدام في ستينيات القرن العشرين، عندما أنشأ ستيفن كوفلر أول قسم في كلية الطب بجامعة هارفارد، والذي ضم طاقمه علماء فيزيولوجيين، وعلماء تشريح، وعلماء كيمياء حيوية. ومن خلال العمل معًا، قاموا بحل مشاكل الأداء والتطوير الجهاز العصبيدرس الآليات الجزيئية لوظيفة الدماغ.
الجهاز العصبي المركزي عبارة عن تكتل من الخلايا يعمل باستمرار ويتلقى المعلومات باستمرار ويحللها ويعالجها ويتخذ القرارات. يستطيع الدماغ أيضًا أخذ زمام المبادرة وإنتاج تقلصات عضلية منسقة وفعالة للمشي أو البلع أو الغناء. لتنظيم العديد من جوانب السلوك وللتحكم بشكل مباشر أو غير مباشر في الجسم بأكمله، يحتوي الجهاز العصبي على عدد كبير من خطوط الاتصال التي توفرها الخلايا العصبية (الخلايا العصبية). الخلايا العصبية هي الوحدة الأساسية، أو لبنة البناء، للدماغ
الترابطات في الأجهزة العصبية البسيطة
يمكن تتبع الأحداث التي تحدث أثناء تنفيذ ردود الفعل البسيطة وتحليلها بالتفصيل. على سبيل المثال، عندما يتم ضرب أربطة الركبة بمطرقة صغيرة، تتمدد عضلات وأوتار الفخذ وتنتقل النبضات الكهربائية على طول الألياف العصبية الحسية إلى الحبل الشوكي، حيث يتم تحفيز الخلايا الحركية وإنتاج النبضات وتنشيط تقلصات العضلات. والنتيجة النهائية هي تقويم الساق للداخل مفصل الركبة. تعتبر هذه الدوائر المبسطة مهمة جدًا لتنظيم تقلصات العضلات التي تتحكم في حركات الأطراف. في مثل هذا المنعكس البسيط، الذي يؤدي فيه التحفيز إلى مخرجات محددة، يمكن تحليل دور الإشارات والتفاعلات بين نوعين فقط من الخلايا بنجاح.
الشبكات العصبية المعقدة ووظائف الدماغ العليا
يعد تحليل تفاعل الخلايا العصبية في المسارات المعقدة التي تتضمن ملايين الخلايا العصبية أكثر صعوبة بكثير من تحليل ردود الفعل البسيطة. يكرر-
إن توفير المعلومات إلى الدماغ لإدراك الصوت أو اللمس أو الشم أو البصر يتطلب الارتباط المتسلسل بين الخلايا العصبية، تمامًا كما هو الحال عند أداء حركة إرادية بسيطة. ينشأ التحدي الرئيسي في تحليل التفاعلات العصبية وبنية الشبكة من التعبئة الكثيفة للخلايا العصبية، وتعقيد ترابطها، ووفرة أنواع الخلايا. يتم تنظيم الدماغ بشكل مختلف عن الكبد، الذي يتكون من مجموعات مماثلة من الخلايا. إذا اكتشفت كيفية عمل منطقة واحدة من الكبد، فأنت تعرف الكثير عن الكبد ككل. ومع ذلك، فإن معرفة المخيخ لا تخبرك شيئًا عن عمل شبكية العين أو أي جزء آخر من الجهاز العصبي المركزي.
على الرغم من التعقيد الهائل للجهاز العصبي، فمن الممكن الآن تحليل الطرق العديدة التي تتفاعل بها الخلايا العصبية أثناء الإدراك. على سبيل المثال، من خلال تسجيل نشاط الخلايا العصبية على طول المسار من العين إلى الدماغ، من الممكن تتبع الإشارات أولاً في الخلايا التي تستجيب بشكل خاص للضوء، ثم خطوة بخطوة، من خلال مفاتيح متتالية، إلى المراكز العليا في الدماغ. مخ.
من الميزات المثيرة للاهتمام في النظام البصري قدرته على التمييز بين الصور والألوان والحركات المتناقضة عبر نطاق كبير من شدة الألوان. أثناء قراءتك لهذه الصفحة، تتيح الإشارات داخل العين ظهور الحروف السوداء على صفحة بيضاء في غرفة ذات إضاءة خافتة أو في ضوء الشمس الساطع، وتشكل اتصالات محددة في الدماغ صورة واحدة، على الرغم من وجود العينين. بشكل منفصل ومسح مناطق مختلفة من العالم الخارجي. علاوة على ذلك، هناك آليات تضمن ثبات الصورة (رغم أن أعيننا تتحرك باستمرار) وتوفر معلومات دقيقة عن المسافة إلى الصفحة.
كيف توفر اتصالات الخلايا العصبية مثل هذه الظواهر؟ وعلى الرغم من أننا لم نتمكن بعد من تقديم تفسير كامل، إلا أننا نعرف الآن الكثير عن كيفية توسط خصائص الرؤية هذه من خلال الشبكات العصبية البسيطة في العين ومراحل التبديل المبكرة في الدماغ. وبطبيعة الحال، لا تزال هناك أسئلة كثيرة حول ماهية الروابط بين خصائص الخلايا العصبية والسلوك. لذا، لكي تقرأ صفحة ما، يجب أن تحافظ على وضع معين لجسمك ورأسك ويديك. علاوة على ذلك، يجب على الدماغ ضمان الترطيب المستمر لمقلة العين، والتنفس المستمر والعديد من الوظائف الأخرى اللاإرادية وغير المنضبطة.
يعد أداء شبكية العين مثالاً جيدًا للمبادئ الأساسية للجهاز العصبي.
أرز. 1.1. المسارات من العين إلى الدماغ عبر العصب البصري والجهاز البصري.
هيكل الشبكية
يعتمد تحليل العالم البصري على المعلومات الواردة من شبكية العين، حيث تحدث المرحلة الأولى من المعالجة، مما يضع حدود إدراكنا. في التين. يوضح الشكل 1.1 المسارات من العين إلى المراكز العليا في الدماغ. الصورة التي تدخل شبكية العين تكون مقلوبة، ولكنها تمثل في جميع النواحي الأخرى تمثيلاً حقيقيًا للشبكية العالم الخارجي. كيف يمكن أن تنتقل هذه الصورة إلى دماغنا عن طريق الإشارات الكهربائية التي تنشأ في شبكية العين ثم تنتقل عبر الأعصاب البصرية؟
أنماط الخلايا العصبية والاتصالات
في التين. 1.2 مبين أنواع مختلفةالخلايا وموقعها في شبكية العين. يمر الضوء الذي يدخل العين عبر طبقات من الخلايا الشفافة ويصل إلى المستقبلات الضوئية. الإشارات التي تنتقل من العين عبر ألياف العصب البصري هي إشارات المعلومات الوحيدة التي تعتمد عليها رؤيتنا.
تم اقتراح مخطط مرور المعلومات عبر شبكية العين (الشكل 1.2A) بواسطة Santiago Ramon y Cahal1) في نهاية القرن التاسع عشر. لقد كان أحد أعظم الباحثين في الجهاز العصبي وأجرى تجارب على مجموعة واسعة من الحيوانات. لقد قام بتعميم مهم مفاده أن شكل وترتيب الخلايا العصبية، وكذلك منطقة المنشأ والهدف النهائي للإشارات العصبية في الشبكة، تعطي معلومات حيويةحول عمل الجهاز العصبي.
في التين. يوضح الشكل 1.2 بوضوح أن الخلايا الموجودة في شبكية العين، كما هو الحال في أجزاء أخرى من الجهاز العصبي المركزي (CNS)، مكتظة للغاية. في البداية، كان على علماء التشكل أن يمزقوا الأنسجة العصبية لرؤية الخلايا العصبية الفردية. إن التقنيات التي تصبغ خلايا عصبية بأكملها تكون عديمة الفائدة فعليًا لفحص شكل الخلية واتصالها، لأن الهياكل مثل شبكية العين تظهر كرقعة مظلمة من الخلايا والعمليات المتشابكة. صورة مجهرية إلكترونية في الشكل. يوضح الشكل 1.3 أن المساحة خارج الخلية حول الخلايا العصبية والخلايا الداعمة يبلغ عرضها 25 نانومتر فقط. تم إجراء معظم رسومات Ramón y Cajal باستخدام طريقة تلطيخ جولجي، والتي تصبغ، بواسطة آلية غير معروفة، فقط عدد قليل من الخلايا العصبية العشوائية من جميع السكان، ولكن هذه الخلايا العصبية القليلة ملطخة بالكامل.
أرز. 1.2. هيكل واتصالات الخلايا في شبكية الثدييات. (أ) مخطط اتجاه الإشارة من المستقبل إلى العصب البصري وفقًا لرامون واي كاخال. (ب) توزيع Ramon y Cajal للعناصر الخلوية في شبكية العين. (ج) رسومات قضبان ومخاريط شبكية العين البشرية.
أرز. 1.3. التعبئة الكثيفة للخلايا العصبية في شبكية العين القرد. تمت تسمية قضيب واحد (R) ومخروط واحد (C).
المخطط في الشكل. يوضح الشكل 1.2 مبدأ الترتيب المنظم للخلايا العصبية في شبكية العين. من السهل التمييز بين المستقبلات الضوئية والخلايا ثنائية القطب والخلايا العقدية. اتجاه النقل هو من المدخلات إلى المخرجات، من المستقبلات الضوئية إلى الخلايا العقدية. بالإضافة إلى ذلك، هناك نوعان آخران من الخلايا، الأفقية وعديم الاستطالة، يشكلان روابط تربط مسارات مختلفة. أحد أهداف علم الأحياء العصبي الموجود في رسومات رامون إي كاخال هو الرغبة في فهم كيفية مشاركة كل خلية في تكوين صورة العالم التي نلاحظها.
جسم الخلية، التشعبات، المحاور
الخلية العقدية الموضحة في الشكل. يوضح الشكل 1.4 السمات الهيكلية للخلايا العصبية المتأصلة في جميع الخلايا العصبية في الجهاز العصبي المركزي والمحيطي. يحتوي جسم الخلية على النواة والعضيات الأخرى الموجودة داخل الخلايا والمشتركة في جميع الخلايا. يسمى الامتداد الطويل الذي يترك جسم الخلية ويشكل اتصالاً بالخلية المستهدفة بالمحور. يتم تطبيق مصطلحات التغصنات وجسم الخلية والمحور العصبي على العمليات التي تشكل فيها الألياف الواردة جهات اتصال تعمل كمحطات استقبال للإثارة أو التثبيط. بالإضافة إلى الخلية العقدية، في الشكل. ويبين الشكل 1.4 أنواعًا أخرى من الخلايا العصبية. المصطلحات المستخدمة لوصف بنية الخلية العصبية، وخاصة التشعبات، مثيرة للجدل إلى حد ما، ولكنها مع ذلك مريحة وتستخدم على نطاق واسع.
لا تتوافق جميع الخلايا العصبية مع بنية الخلية البسيطة الموضحة في الشكل. 1.4. بعض الخلايا العصبية لا تحتوي على محاور عصبية. والبعض الآخر لديه محاور تتشكل عليها الاتصالات. هناك خلايا يمكن لتشعباتها إجراء نبضات وتكوين اتصالات مع الخلايا المستهدفة. في حين أن الخلية العقدية تتوافق مع مخطط الخلية العصبية القياسية مع التشعبات، وجسم الخلية، ومحور عصبي، فإن الخلايا الأخرى لا تتوافق مع هذا المعيار. على سبيل المثال، لا تحتوي المستقبلات الضوئية (الشكل 1.2C) على تشعبات واضحة. لا ينجم نشاط المستقبلات الضوئية عن خلايا عصبية أخرى، بل يتم تنشيطه عن طريق المحفزات الخارجية، مثل الإضاءة. الاستثناء الآخر في شبكية العين هو عدم وجود محاور عصبية مستقبلة للضوء.
طرق التعرف على الخلايا العصبية وتتبع اتصالاتها
على الرغم من أن تقنية جولجي لا تزال تستخدم على نطاق واسع، فقد سهلت العديد من الأساليب الجديدة التحديد الوظيفي للخلايا العصبية والوصلات المتشابكة. يمكن حقن الجزيئات التي تصبغ الخلية العصبية بأكملها من خلال ماصة دقيقة، والتي تسجل الإشارة الكهربائية في نفس الوقت. تكشف علامات الفلورسنت مثل أصفر لوسيفر عن أفضل العمليات في الخلية الحية. يمكن إدخال علامات داخل الخلايا مثل إنزيم بيروكسيداز الفجل الحار (HRP) أو البيوسيتين؛ بمجرد تثبيتها، فإنها تشكل منتجًا كثيفًا أو تتوهج بشكل ساطع تحت ضوء الفلورسنت. يمكن أن تكون ملطخة الخلايا العصبية مع بيروكسيداز الفجل ومع تطبيق خارج الخلية؛ يتم التقاط الإنزيم ونقله إلى جسم الخلية. الأصباغ الفلورية الكربونية، عند ملامستها بغشاء العصبون، تذوب وتنتشر على كامل سطح الخلية.
أرز. 1.4. أشكال وأحجام الخلايا العصبية.
أرز. 1.5. مجموعة من الخلايا ثنائية القطب مصبوغة بجسم مضاد لإنزيم فسفوكيناز C. فقط الخلايا التي تحتوي على الإنزيم مصبوغة.
تعتبر هذه التقنيات مهمة جدًا لتتبع مرور المحاور من جزء من الجهاز العصبي إلى جزء آخر.
تُستخدم الأجسام المضادة لتوصيف خلايا عصبية محددة، وتشعبات، ومشابك عصبية عن طريق وضع علامات انتقائية على المكونات داخل الخلايا أو المكونات الغشائية. يتم استخدام الأجسام المضادة بنجاح لتتبع هجرة الخلايا العصبية وتمايزها أثناء تكوين الجنين. هناك طريقة إضافية لتوصيف الخلايا العصبية وهي التهجين فى الموقع:تقوم المجسات ذات العلامات المحددة بتسمية mRNA العصبي الذي يشفر تخليق قناة أو مستقبل أو جهاز إرسال أو عنصر هيكلي.
العناصر غير العصبية في الدماغ
الدبقيةالخلايا. على عكس الخلايا العصبية، فهي لا تحتوي على محاور عصبية أو تشعبات ولا ترتبط مباشرة بالخلايا العصبية. هناك الكثير من الخلايا الدبقية في الجهاز العصبي. يؤدون العديد من الوظائف المختلفة المتعلقة بنقل الإشارات. على سبيل المثال، تقوم محاور الخلايا العقدية الشبكية التي تشكل العصب البصري بتوصيل النبضات بسرعة كبيرة لأنها محاطة بغلاف دهني عازل يسمى المايلين. يتكون المايلين من الخلايا الدبقية التي تلتف حول المحاور أثناء التطور الجيني. الخلايا الدبقيةوتعرف شبكية العين بخلايا مولر.
تجميع الخلايا حسب الوظيفة
من الخصائص الرائعة للشبكية ترتيب الخلايا حسب الوظيفة. يتم ترتيب أجسام الخلايا المكونة من مستقبلات ضوئية، والخلايا الأفقية، والخلايا ثنائية القطب، والخلايا عديمة الاستطالة، والخلايا العقدية في طبقات متميزة. ويلاحظ وجود طبقات مماثلة في جميع أنحاء الدماغ. على سبيل المثال، يتكون الهيكل الذي تنتهي عنده ألياف العصب البصري (الجسم الركبي الجانبي) من 6 طبقات من الخلايا يسهل تمييزها حتى بالعين المجردة. في العديد من مناطق الجهاز العصبي، يتم تجميع الخلايا ذات الوظائف المماثلة في هياكل كروية متميزة تعرف باسم النوى (يجب عدم الخلط بينه وبين نواة الخلية) أو العقد (يجب عدم الخلط بينه وبين الخلايا العقدية الشبكية).
أنواع الخلايا الفرعية ووظيفتها
هناك عدة أنواع متميزة من الخلايا العقدية، والأفقية، وثنائية القطب، والخلايا عديمة الاستطالة، ولكل منها شكل مورفولوجي مميز، وخصوصية المرسل، وخصائصه. الخصائص الفسيولوجية. على سبيل المثال، تنقسم المستقبلات الضوئية إلى فئتين يمكن تمييزهما بسهولة - العصي والمخاريط - والتي تؤدي وظائف مختلفة. القضبان الطويلة حساسة للغاية لأدنى تغييرات في الإضاءة. أثناء قراءتك لهذه الصفحة، يكون الضوء المحيط ساطعًا للغاية بالنسبة للعصا، والتي تعمل فقط في الإضاءة المنخفضة بعد فترة طويلة من الظلام. تستجيب المخاريط للمنبهات البصرية في الضوء الساطع. علاوة على ذلك، يتم تصنيف المخاريط أيضًا إلى أنواع فرعية مستقبلة للضوء حساسة للضوء الأحمر أو الأخضر أو الأزرق. تعد الخلايا عديمة الاستطالة مثالًا صارخًا على التنوع الخلوي: حيث يمكن تمييز أكثر من 20 نوعًا وفقًا للمعايير الهيكلية والفسيولوجية.
وهكذا فإن شبكية العين توضح أعمق المشاكل التي يواجهها علم الأحياء العصبي الحديث. من غير المعروف سبب الحاجة إلى العديد من أنواع الخلايا عديمة الاستطالة وما هي الوظائف المختلفة التي يقوم بها كل نوع من هذه الخلايا. ومن المثير للقلق أن ندرك أن وظيفة الغالبية العظمى من الخلايا العصبية في الجهاز العصبي المركزي والمحيطي والحشوي غير معروفة. وفي الوقت نفسه، يشير هذا الجهل إلى أن العديد من المبادئ الأساسية للدماغ الآلي لم يتم فهمها بعد.
تقارب وتباعد الاتصالات
على سبيل المثال، هناك انخفاض قوي في عدد الخلايا المشاركة على طول المسار من المستقبلات إلى الخلايا العقدية. تتلاقى مخرجات أكثر من 100 مليون مستقبل على مليون خلية عقدية، تشكل محاورها العصب البصري. وبالتالي، فإن العديد من الخلايا العقدية (ولكن ليس كلها) تتلقى مدخلات منها كمية كبيرةالمستقبلات الضوئية (التقارب) من خلال الخلايا المقحمة. بدورها، تتفرع خلية عقدية واحدة بشكل مكثف وتنتهي على العديد من الخلايا المستهدفة.
بالإضافة إلى ذلك، على عكس الرسم البياني المبسط، يجب أن تشير الأسهم إلى الخارج للإشارة إلى التفاعلات بين الخلايا في نفس الطبقة (الاتصالات الجانبية) وحتى في اتجاهات متعاكسة - على سبيل المثال، العودة من الخلايا الأفقية إلى المستقبلات الضوئية (الاتصالات المتبادلة). مثل هذه التأثيرات المتقاربة والمتباعدة والجانبية والمتكررة هي خصائص ثابتة لمعظم المسارات العصبية في جميع أنحاء الجهاز العصبي. وبالتالي، فإن معالجة الإشارات البسيطة خطوة بخطوة تكون معقدة بسبب التفاعلات المتوازية والعكسية.
البيولوجيا الخلوية والجزيئية للخلايا العصبية
مثل الأنواع الأخرى من الخلايا في الجسم، تمتلك الخلايا العصبية بشكل كامل الآليات الخلوية للنشاط الأيضي وتخليق البروتينات الغشائية (على سبيل المثال، بروتينات ومستقبلات القنوات الأيونية). علاوة على ذلك، يتم نقل بروتينات القنوات والمستقبلات الأيونية مباشرة إلى مواقع التوطين في غشاء الخلية. توجد قنوات خاصة بالصوديوم أو البوتاسيوم على غشاء محاور الخلايا العقدية في مجموعات منفصلة (مجموعات). وتشارك هذه القنوات في بدء وإجراء PD.
تحتوي النهايات قبل المشبكي، التي تتكون من عمليات المستقبلات الضوئية والخلايا ثنائية القطب والخلايا العصبية الأخرى، على قنوات محددة في غشائها يمكن أن تمر من خلالها أيونات الكالسيوم. يؤدي دخول الكالسيوم إلى إطلاق جهاز الإرسال. يقوم كل نوع من الخلايا العصبية بتركيب وتخزين وإصدار نوع معين من أجهزة الإرسال. على عكس العديد من البروتينات الغشائية الأخرى، توجد مستقبلات لنواقل عصبية محددة في مواقع محددة بدقة - الأغشية بعد المشبكي. من بين البروتينات الغشائية، تُعرف أيضًا بروتينات المضخة أو بروتينات النقل، والتي يتمثل دورها في الحفاظ على ثبات المحتويات الداخلية للخلية.
الفرق الرئيسي بين الخلايا العصبية وأنواع الخلايا الأخرى في الجسم هو وجود محور عصبي طويل. نظرًا لأن المحاور لا تحتوي على "مطبخ" كيميائي حيوي لتخليق البروتين، فيجب نقل جميع الجزيئات الأساسية إلى النهايات من خلال عملية تسمى النقل المحوري، غالبًا عبر مسافات طويلة جدًا. جميع الجزيئات اللازمة للحفاظ على البنية والوظيفة، وكذلك جزيئات القنوات الغشائية، تنتقل بعيدًا عن جسم الخلية عبر هذا الطريق. وبنفس الطريقة، فإن الجزيئات التي يلتقطها الغشاء الطرفي تشق طريقها عائدة إلى جسم الخلية باستخدام النقل المحوري.
وتختلف الخلايا العصبية أيضًا عن معظم الخلايا في أنها، مع بعض الاستثناءات، لا تستطيع الانقسام. وهذا يعني أنه في الحيوانات البالغة، لا يمكن استبدال الخلايا العصبية الميتة.
تنظيم تطور الجهاز العصبي
تطرح الدرجة العالية من تنظيم بنية مثل شبكية العين مشاكل جديدة. إذا كنت بحاجة إلى بناء جهاز كمبيوتر العقل البشريفلا أحد يتحكم في الدماغ أثناء تطوره وإنشاء اتصالاته. لا يزال لغزا كيف يؤدي "التجمع" الصحيح لأجزاء الدماغ إلى ظهور خصائصه الفريدة.
في شبكية العين الناضجة، يقع كل نوع من الخلايا في طبقة أو طبقة فرعية مقابلة ويشكل اتصالات محددة بدقة مع الخلايا المستهدفة المقابلة. مثل هذا الجهاز هو شرط ضروري لحسن سير العمل. على سبيل المثال، لكي تتطور الخلايا العقدية الطبيعية، يجب أن تنقسم الخلية السابقة، وتهاجر إلى موقع محدد، وتتمايز إلى شكل معين، وتشكل اتصالات متشابكة محددة.
يجب أن تجد محاور هذه الخلية، من خلال مسافة كبيرة (العصب البصري)، طبقة معينة من الخلايا المستهدفة في الرابط التالي للتبديل التشابكي. تحدث عمليات مماثلة في جميع أجزاء الجهاز العصبي، مما يؤدي إلى تكوين هياكل معقدة ذات وظائف محددة.
تعد دراسة آليات تكوين الهياكل المعقدة مثل شبكية العين إحدى المشكلات الرئيسية في علم الأحياء العصبي الحديث. إن فهم كيفية تشكل الترابطات المعقدة بين الخلايا العصبية أثناء التطور الفردي (تكوين الجينات) يمكن أن يساعد في وصف خصائص وأصول اضطرابات الدماغ الوظيفية. قد تلعب بعض الجزيئات أدوارًا رئيسية في تمايز الخلايا العصبية، ونموها، وهجرتها، وتكوين المشبك العصبي، والبقاء على قيد الحياة. يتم الآن وصف هذه الجزيئات بشكل متزايد. ومن المثير للاهتمام أن نلاحظ أن الإشارات الكهربائية تنظم الإشارات الجزيئية التي تؤدي إلى نمو محور عصبي وتكوين الاتصال. يلعب النشاط دورًا في تحديد نمط الاتصالات.
تسمح الأساليب الجينية بتحديد الجينات التي تتحكم في تمايز الأعضاء بأكملها، مثل العين ككل. درس هيرينج وزملاؤه التعبير الجيني بلا عيونفي ذبابة الفاكهة ذبابة الفاكهة,الذي يتحكم في تطور العين. تؤدي إزالة هذا الجين من الجينوم إلى عدم نمو العيون. الجينات المتماثلة في الفئران والبشر (المعروفة باسم عين صغيرةو الأنيريديا)مماثلة في الهيكل. إذا كان الجين متماثل بلا عيونيتم دمج الثدييات بشكل مصطنع ويتم التعبير عنها في الذبابة، ثم يقوم هذا الحيوان بتطوير عيون إضافية (تشبه الذبابة في هيكلها) على قرون الاستشعار والأجنحة والساقين. وهذا يشير إلى أن هذا الجين يتحكم في تكوين العين بنفس الطريقة عند الذبابة أو الفأر، على الرغم من البنية والخصائص المختلفة تمامًا لعيون الحشرات والثدييات.
تجديد الجهاز العصبي بعد الإصابة
لا يقوم الجهاز العصبي بإجراء الاتصالات أثناء التطوير فحسب، بل يمكنه إصلاح بعض الاتصالات بعد التلف (لا يستطيع جهاز الكمبيوتر الخاص بك القيام بذلك). على سبيل المثال، يمكن للمحاور العصبية في اليد أن تنبت بعد الإصابة وتقيم اتصالات؛ يمكن لليد أن تتحرك مرة أخرى وتشعر باللمس. وبالمثل، في الضفادع أو الأسماك أو الحيوانات اللافقارية، بعد تدمير الجهاز العصبي، يتم ملاحظة تجديد المحاور العصبية واستعادة وظيفتها. بعد قطع العصب البصري في الضفدع أو السمكة، تنمو الألياف مرة أخرى ويستطيع الحيوان الرؤية. ومع ذلك، فإن هذه القدرة ليست متأصلة في الجهاز العصبي المركزي للفقاريات البالغة - فلا يحدث فيها التجديد. الإشارات الجزيئية التي تمنع التجدد وأهميتها البيولوجية لوظيفة الجهاز العصبي غير معروفة
الاستنتاجات
∙ ترتبط الخلايا العصبية ببعضها البعض بطريقة محددة بدقة.
∙ تنتقل المعلومات من خلية إلى أخرى عبر المشابك العصبية.
∙ في الأنظمة البسيطة نسبيًا، مثل شبكية العين، من الممكن تتبع جميع الاتصالات وفهم معنى الإشارات بين الخلايا.
∙ الخلايا العصبية في الدماغ هي العناصر المادية للإدراك.
∙ الإشارات الموجودة في الخلايا العصبية نمطية للغاية وهي نفسها بالنسبة لجميع الحيوانات.
∙ يمكن لطاقات العمل أن تنتقل لمسافات طويلة دون خسارة.
∙ تعتمد الإمكانات التدريجية المحلية على الخواص الكهربائية السلبية للخلايا العصبية وتنتشر فقط عبر مسافات قصيرة.
∙ يتطلب الهيكل الخاص للخلايا العصبية آلية متخصصة لنقل البروتينات والعضيات المحورية من وإلى جسم الخلية.
∙ أثناء التطور الفردي، تهاجر الخلايا العصبية إلى مواقعها النهائية وتقيم اتصالات مع الأهداف.
∙ تتحكم الإشارات الجزيئية في نمو المحور العصبي.
فهرس
بنروز ر. العقل الجديد للملك. حول أجهزة الكمبيوتر والتفكير وقوانين الفيزياء.
جريجوري ر. إل. العين الذكية.
Lekah V. A. المفتاح لفهم علم وظائف الأعضاء.
Gamow G.، Ichas M. السيد تومبكينز داخل نفسه: مغامرات في علم الأحياء الجديد.
Kozhedub R. G. الغشاء والتعديلات السينوبتيكية في مظاهر المبادئ الأساسية لوظيفة الدماغ.
