تحقیق درباره چگونگی کار نورون ها و ساختار آن‌ها

سیستم عصبی یکی از پیچیده‌ترین سیستم‌های موجود در بدن انسان است. بخشی از بدن که مجهز به گیرنده‌های حسی و عصبی بسیاری بوده و فرماندهی بدن را در اختیار دارد.

تمام درک و تشخیص انسان نسبت به محیط پیرامون خود مانند احساس گرما و سرما، کنترل عملکرد ارادی و غیرارادی بدن، سیستم تنفس، تغییرات ضربان قلب و بسیاری از کارکردهای بدن در اختیار سیستم عصبی است. در این میان واحد اصلی تشکیل‌دهنده سیستم عصبی نورون نام دارد. گفته می‌شود در مغز انسان در حدود ۸۶ میلیارد نورون وجود داشته که تمامی آن‌ها به یک‌دیگر متصل هستند.

در حدود ۱۰ درصد از ساختار مغز را هم نورون تشکیل می‌دهد. برای آشنایی با چگونگی کار نورون ها که موضوع تحقیق کتاب فیزیک پایه یازدهم هم بوده تا انتهای مطلب با ما همراه شوید.

نورون چیست؟

پیش از شناخت چگونگی کار نورون ها باید با این عنصر مهم آشنا شویم. نورون واحد اصلی تشکیل دهنده سیستم عصبی است که ظاهری شبیه به یک رشته عصبی دارد و برای مشاهده‌ی آن باید از میکروسکوپ استفاده کرد. نورون‌ها از سه بخش اصلی تشکیل شده‌اند:

• بدنه سلولی (سوما) (Cell body): این بخش از نورون که هسته‌ی سلولی هم در آن واقع شده‌است، مسئول دریافت اطلاعات است.
• دندریت‌ها (Dendrites): رشته‌هایی باریک که در یک سر یا گاهی هر دو سر یک سلول عصبی قرار گرفته و به عنوان ورودی سلول عمل می‌کنند. اطلاعات ورودی به سلول از این بخش وارد سلول شده و به بخش‌های دیگر منتقل می‌شود. دندریت‌ها می‌توانند ارتباط سلول‌های عصبی با یکدیگر را برقرار کنند.
• اکسون (Axon): این بخش که مانند میله بوده، اطلاعات دریافتی را در طول سلول حمل کرده و به سلول‌های دیگر انتقال می‌دهد. در بخش انتهایی اکسون ترمینال‌های اکسون قرار گرفته که تعدادی سیناپس درون خود دارد. سیناپس امکان اتصال دندریت به دیگر سلول‌ها را فراهم می‌کند.

اکسون‌ها در اندازه‌های مختلفی وجود دارند. تعدادی از آن‌ها کوتاه بوده اما برخی دیگر دارای طولی بیش از یک متر هستند. طولانی‌ترین اکسون موجود در بدن، گانگلیون ریشه پشتی نامیده می‌شود که گروهی از سلول‌های عصبی هستند که اطلاعات را از قسمت پوست به مغز منتقل می‌کنند.

انواع نورون‌ها

نورون‌ها از نظر عملکردی و ارتباط به مدل‌های مختلفی تقسیم‌بندی می‌شوند که عبارتند از:

ویژگی ارتباطی

• نورون‌های وابران: نورون‌های وابران پیام‌ها و سیگنال‌های عصبی را از سیستم عصبی مرکزی (شامل مغز و نخاع) دریافت کرده و به سلول‌های دیگر قسمت‌های بدن ارسال می‌کند.
• نورون‌های آوران: نورون‌های آوران پیام‌ها و سیگنال‌های عصبی را از دیگر قسمت‌های بدن دریافت کرده و به سیستم عصبی مرکزی ارسال می‌کند.
• نورون‌های داخلی سیستم عصبی مرکزی: این نورون‌ها سیگنال‌های عصبی را در میان بخش‌ها و رشته‌های عصبی سیستم عصبی مرکزی (مغز و نخاع) جابه‌جا می‌کنند.

ویژگی عملکردی

• نورون حسی: سیگنال‌های عصبی را از حواس انسان دریافت کرده و به سیستم عصبی مرکزی ارسال می‌کند.
• نورون رله‌کننده: سیگنال‌های عصبی را درون سیستم عصبی مرکزی از نقطه‌ای به نقطه‌ای دیگر منتقل می‌کند.
• نورون حرکتی: سیگنال‌های عصبی را از سیستم عصبی مرکزی به عضلات و ماهیچه‌ها منتقل می‌کنند.

نورون چگونه اطلاعات را منتقل می‌کند؟

تمامی نورون‌ها و تارهای عصبی برای انتقال اطلاعات و سیگنال‌های عصبی نیاز به تحریک شدن و نیرویی برای حرکت دارند. از سوی دیگر شدت این نیروی وارده نقش مهمی در انتقال پاسخ‌های عصبی یا همان سیگنال‌ها در سراسر بدن دارد. قانون حاکم بر نورون برای انتقال اطلاعات قانون «همه یا هیچ» است؛ به این معنا که اگر نیروی وارده به اندازه‌ی کافی قوی نباشد، هیچ انتقالی رخ نمی‌دهد. زمانی که نیرویی ایجاد شده و اطلاعات از طریق دندریت‌ها وارد نورون می‌شود، تا زمانی که نیروی وارده به حد نصاب نرسد، هیچ انتقالی صورت نمی‌گیرد. از سوی دیگر در سراسر سلول‌ها و غشای سلولی الکترولیت و اتم‌های بارداری الکتریکی (یون‌ها) وجود دارد که نیروی لازم برای تحریک پتانسیل عمل یا همان نیروی وارد شده به نورون برای انتقال اطلاعات را فراهم می‌کنند. حرکت این اتم‌های باردار تحریک لازم را در طول اکسون ایجاد می‌کند.

نورون‌ها توسط مایعی احاطه شده‌اند. در زمانی که هیچ سیگنالی به نورون منتقل نشده، بارهای موجود درون نورون از نوع بار منفی بوده که مقدار بیشتری در مقایسه با مایع اطراف خود دارند. این بیشتر بودن بار منفی پتانسیل غشایی نامیده می‌شود. زمانی که جسم سلولی به اندازه‌ی کافی تحریک می‌شود، پدیده دیپولاریزاسیون (افزایش و کاهش پتانسیل غشا سلولی) رخ می‌دهد. این اتفاق باعث جابجایی اطلاعات در اکسون می‌شود.

اغلب یون‌هایی که با حرکت خود منجر به ایجاد نیروی کافی و پتانسیل عمل می‌شوند، یون‌های سدیم (Na+) و پتاسیم (K+) بوده که از طریق کانال‌ها و معبرهای یونی که دارای ولتاژ الکتریکی هستند، به فضای داخلی و خارجی اکسون‌ها حرکت می‌کنند.

به طور خلاصه می‌توان فرآیند گفته شده را به این شکل بیان کرد:

• کانال‌های یون‌ سدیم (Na+) باز شده و یون سدیم وارد می‌شود، بنابراین مقدار بارهای مثبت افزایش می‌یابد.
• زمانی که سلول به حجم مشخصی از بار الکتریکی رسید، کانال‌های پتاسیم (K+) باز شده تا پتاسیم خارج شود.
• در این مرحله کانال‌های سدیم (Na+) بسته شده اما کانال‌های پتاسیم باز می‌مانند تا بار مثبت خارج شود و پتانسیل غشا به مرحله استراحت برسد.
• با رسیدن پتانسیل غشایی به مرحله استراحت، کانال پتاسیم هم بسته می‌شود.
• در انتها پمپ پتاسیم/سدیم، سدیم‌ها را برای پتانسیل عمل بعدی از سلول خارج و پتاسیم را وارد سلول می‌کند.

پرده میلین چیست؟

اکسون‌ها با یک ماده‌ای از جنس موم و به رنگ سفید پوشانده شده‌اند که میلین (Myelin) یا پرده میلین نام دارد. پوششی که با استفاده از سلول‌های شوان (در سیستم عصبی بیرونی) و اُلیگودندروسیت (در سیستم عصبی مرکزی) ساخته شده و باعث افزایش سرعت پتانسیل عمل در طول اکسون می‌شود. بر روی سطح میلین شکاف‌های کوچکی به نام گره‌های رانویه (Ranvier) وجود دارد که پتانسیل عمل از میان آن‌ها حرکت می‌کند و همین اتفاق منجر به افزایش سرعت انتقال سیگنال‌ها می‌شود.

کارکرد سیناپس‌ها به چه صورت است؟

نورو‌ن‌ها اگرچه در کنار هم و متصل به هم هستند، با این حال تماسی کامل نداشته و کمی فاصله در میان آن‌ها است. از این رو باید یک پلی در میان آن‌ها وجود داشته‌باشد که بتواند اطلاعات را از نورونی به نورون دیگر منتقل کند. در بخش انتهایی ترمینال‌های اکسون، بخش‌های متورمی وجود داشته که به آن حباب‌های سیناپسی گفته می‌شود که حاوی بسته‌های کوچکی از انتقال‌دهنده‌های عصبی هستند. سیناپس (synapse) به دو صورت شیمیایی و الکتریکی وجود دارد. زمانی که سیگنال عصبی به این بخش وارد می‌شود، یک سیناپس الکتریکی و در برخی اوقات یک سیناپس شیمیایی منجر به رها شدن این بسته‌های انتقال‌دهنده درون سیناپس شده که در نهایت انتقال سیگنال‌های عصبی به نورون مجاور را به همراه دارد.

سیناپس شیمیایی

زمانی که سیگنال عصبی به بخش انتهایی اکسون و فضای سیناپسی می‌رسد، مواد شیمیایی یا همان بسته‌های کوچک انتقال‌دهنده عصبی آزاد می‌شوند. این مواد در سرتاسر فضای سیناپس پخش شده و با گیرنده‌های موجود بر روی غشای نورون مجاور ارتباط می‌گیرد. سیناپس‌های شیمیایی با توجه به نوع بسته‌های انتقال‌دهنده عصبی در گروه‌های زیر طبقه‌بندی می‌شوند:

• گلوتامرژیک؛ این ماده باعث آزاد شدن گلوتامین می‌شود. ماده‌ای که به خوبی می‌تواند باعث ایجاد پتانسیل عمل شود.
• گاباارژیک؛ این ماده باعث آزاد شدن GABA (گاما آمینوبوتیریک اسید) می‌شود. ماده‌ای که باعث کاهش انتقال پتانسیل عمل می‌شود.
• کولینرژیک؛ استیل کولین را آزاد می‌کند. ماده‌ای که در میان نورون‌های حرکتی و فیبرهای عضلانی یافت می‌شود.
• آدرنرژیک؛ که موجب ترشح نوراپی‌نفرین یا همان آدرنالین می‌شود.

سیناپس الکتریکی

سیناپس‌های الکتریکی به میزان کمتری نسبت به سیناپسی‌های شیمیایی وجود دارند اما از سرعت بالاتری در انتقال اطلاعات و پتانسیل عمل برخوردارند. این سیناپس‌ها که در سرتاسر فضای سیستم عصبی مرکزی یافت می‌شوند به خوبی می‌توانند نورون‌ها را به یک‌دیگر متصل کرده و فضای خالی میان آن‌ها را پر کنند. سیناپس‌های شیمیایی در واکنش‌های پیچیده‌ی بدن نقش داشته اما سیناپس‌های الکتریکی در واکنش‌های ساده‌تر و در عین حال سریع‌تر مانند واکنش‌های دفاعی نقش دارند.

جمع‌بندی

سیستم عصبی یکی از مهم‌ترین و اساسی‌ترین سیستم‌های بدن موجودات زنده است. نورون واحد اصلی تشکیل‌دهنده‌ی این سیستم بوده که بدن برای ادامه‌ی حیات خود به این نورون‌ها و رشته‌های عصبی نیاز دارد. عنصری که نقشی مهم در تمام عملکردها و واکنش‌های بدن دارد. شما همراهان ستاره می‌توانید برای خواندن سایر تحقیقات کتاب‌های درسی مقاطع مختلف تحصیلی به بخش محتوای کمک درسی سایت مراجعه کنید.