What Are Neurons and How Do They Work?

تخيل نفسك في منتصف لعبة صيد. يرمي اللاعب الكرة نحوك ، ومع اقترابها من الكرة ، ستعرف بسرعة مكان وضع يدك لتلتقط الكرة بأمان. هل تساءلت يومًا كيف يستطيع عقلك اتخاذ هذا القرار بسرعة؟ كيف تتدفق المعلومات بهذه السرعة من عينيك إلى عقلك وتعود إلى يدك من أجل التقاط الكرة بنجاح؟ يتم تحويل جميع المعلومات من بيئتنا - في هذه الحالة ، المعلومات من العين حول حجم وسرعة الكرة القادمة نحوك - بواسطة الخلايا العصبية أو الخلايا العصبية إلى إشارات كهربائية يتم نقلها إلى الدماغ. وبالمثل ، فإن المعلومات من دماغنا إلى أ

جسامنا ، مثل أمر بتحريك أيدينا نحو مسار الكرة ، يتم إرسالها أيضًا في شكل هذه الإشارات. تسمى هذه الإشارات الكهربائية جهود الفعل أو النبضات العصبية. نظرًا لأن هذه الإشارات فورية ، فإن دماغنا قادر على مساعدتنا بسرعة في اكتشاف الأشياء في بيئتنا والاستجابة لها ، سواء كانت جيدة أو سيئة. بفضل الطبيعة السريعة لمثل هذه الإشارات ، يمكنك التعرف على الفور على أغنية الطقوس المفضلة لديك ، أو سحب قدمك سريعًا بعيدًا عندما تضغط على دبوس عن طريق الصدفة! إذن ، كيف ترسل الخلايا العصبية هذه الإشارات أو "تطلق" كمونات

فعل؟ يحتوي دماغ الإنسان على عشرات المليارات من الخلايا العصبية المتصلة ببعضها البعض. كل خلية عصبية لها جسم خلوي له عدة فروع. تستقبل الفروع الأصغر - التي تسمى التشعبات - الإشارات التي تتجمع ثم تنتقل الإشارة الكلية عبر الفرع الأطول - المحوار. على غرار الطريقة التي يحمل بها السلك الكهرباء من المفتاح إلى المصباح الكهربائي ، ينقل المحور العصبي النبضات العصبية من جسم الخلية إلى الخلية التالية. يغمر السطح الخارجي أو خارج الخلية للخلايا العصبية في محلول "مالح" من أيونات الصوديوم موجبة الشحنة وأيونات ال

كلوريد سالبة الشحنة. يحتوي السطح الداخلي على أيونات وبروتينات البوتاسيوم موجبة الشحنة. لا تتم موازنة البروتينات سالبة الشحنة داخل الخلية بعدد متساوٍ من الأيونات الموجبة ، مما يجعل السطح الداخلي للخلايا العصبية أكثر سلبية قليلاً من الخارج. هذا يؤدي إلى "التدرج الكهربائي". علاوة على ذلك ، يوجد تركيز أعلى من أيونات البوتاسيوم في الداخل ، مما يؤدي إلى "تدرج انتشار" يجبرها على التدفق إلى الخارج. وهكذا ، يوجد كل من التدرج الكهربائي والتدرج الكيميائي - تدرج كهروكيميائي - يجبر الأيونات من داخل الخلية عل

ى الخروج. كل خلية عصبية ، عندما تكون في حالة راحة ، تحافظ على فرق الجهد الناتج عن التدرج الكهروكيميائي ، تمامًا كما تحافظ البطارية على جهد معين بين أقطابها. يُشار إلى هذا الجهد البالغ -70 مللي فولت تقريبًا باسم "إمكانية الراحة" للخلايا العصبية. يحتوي غشاء الخلية للخلايا العصبية على "قنوات أيونية". هذه هي المسام التي تشكلت باستخدام بروتينات تسمح بشكل انتقائي لبعض الأيونات بالمرور ، على غرار الطريقة التي يفحص بها حارس أمن المطار الزائرين ويسمح فقط لمن لديهم تذكرة بالمرور إلى بواباتهم. بعض هذه القن

وات خاصة ، من حيث أنها تفتح وتغلق فقط بجهد معين ؛ وتسمى هذه القنوات الأيونية ذات الجهد الكهربائي. تسمح القنوات الأيونية للأيونات بالدخول والخروج ، مما يتسبب في ابتعاد جهد الخلية عن جهدها في الراحة. في أي وقت ، تستمر الخلية العصبية في تلقي كميات صغيرة من الإشارات الواردة ، مما يؤدي إلى تقلبات صغيرة في جهد الغشاء. وتسمى هذه "الإمكانات المتدرجة" ، لكنها ليست قوية بما يكفي لتؤدي إلى إطلاق عصبون. يطلق العصبون أو يولد نبضة عصبية فقط عندما يكون المجموع الكلي لإشارات الإدخال كبيرًا بما يكفي لعبور "عتبة

محتملة" تبلغ -55 مللي فولت. يبدأ هذا لأنه يؤدي إلى فتح قنوات الصوديوم ذات الجهد الكهربائي. عند فتح هذه القنوات ، تتسبب في اندفاع العديد من أيونات الصوديوم إلى الخلية من الخارج. يؤدي هذا إلى "إزالة استقطاب" الخلايا العصبية ، أو انعكاس الشحنة في سطحها الداخلي من السالب إلى الموجب. يستمر فرق الجهد في أن يصبح أكثر إيجابية. عندما يصل الجهد إلى 30 مللي فولت ، فإنه يتسبب في فتح قنوات البوتاسيوم ذات الجهد الكهربائي. تسمح هذه القنوات لأيونات البوتاسيوم بالتحرك من الداخل إلى الخارج ، وببطء "إعادة استقطاب"

الخلية أو استعادة فرق الجهد السالب. ومع ذلك ، فإن قنوات أيون البوتاسيوم ذات الجهد الكهربائي تكون أبطأ بكثير في الإغلاق ، مما يتسبب في انخفاض الجهد إلى ما دون جهد الراحة البالغ -70 مللي فولت. وهذا ما يسمى "فرط الاستقطاب". بعد أن تشتعل خلية عصبية بهذه الطريقة ، يتم استنزاف جهدها ، مثل بطارية قابلة لإعادة الشحن بعد إطالة أمدنا. يمكن "إعادة شحن" بطارية قابلة لإعادة الاستخدام عن طريق تمرير تيار خارجي من خلالها. تستعين الخلايا العصبية بمصادر خارجية للقيام بهذه المهمة "مضخات" موجودة على الغشاء عن طريق

إنفاق عملة طاقة تسمى "ATP". تعمل هذه المضخات مثل الأبواب الدوارة في المباني ؛ لقد أطلقوا المزيد من أيونات الصوديوم من داخل الخلية ، بينما جلبوا في الوقت نفسه عددًا أقل من أيونات البوتاسيوم. هذا يعيد الخلايا العصبية إلى إمكاناتها في الراحة. يتبع هذا الحدث الكامل لإطلاق الخلايا العصبية قواعد معينة: (1) إنه حدث الكل أو لا شيء. النبضات العصبية تشبه إلى حد كبير الإشارات الرقمية. تحدث بنفس الحجم ، بغض النظر عن مدى قوة أو ضعف المنبه. ومع ذلك ، يجب تجاوز جهد العتبة لتوليدها. (2) هم أحادي الاتجاه. بمجرد

أن يصبح جزء من الغشاء "منزوع الاستقطاب" ، فإنه يمرر الإشارة إلى الجزء التالي. القنوات الأيونية ، بعد الانتهاء من مهمتها في تمرير الإشارة ، ستسحب مصاريعها لأسفل و "تأخذ استراحة" ، وتصبح غير نشطة لفترة قصيرة. وهذا ما يسمى "فترة المقاومة". لذلك ، لا يمكن للإشارة العودة إليها وليس لديها خيار سوى الانتقال إلى الجزء التالي على الغشاء. عملية توليد النبضات العصبية سريعة إلى حد ما. ومع ذلك ، في بعض المواقف التي لا يكون فيها هذا بالسرعة الكافية ، يستخدم جسمنا خلايا عصبية خاصة ذات غلاف يسمى غمد المايلين ل

تسريع الإشارات. يغطي هذا الطلاء سطح المحور العصبي ، مع ترك بقع صغيرة تسمى "عقد رانفييه" مفتوحة. في مثل هذه المحاور المغطاة ، لا يتعين على الإشارة أن تنتقل عبر كامل طول المحور العصبي ، ولكن فقط من خلال هذه الفجوات ، مما يجعل الإشارة تنتقل بشكل أسرع. يسمى هذا النوع من نقل الإشارات "السريع" بالتوصيل "الملحي". في أعضاء الإحساس لدينا ، تحدث هذه النبضات العصبية استجابة لإحساس ، مثل odo r أو الذوق أو اللمس أو الصوت أو الضوء. على سبيل المثال ، في العين ، يتم إنشاء نبضة عصبية استجابة للضوء الذي يصل إلى ا

لخلايا في شبكية العين ، والذي ينتقل بعد ذلك عبر العصب البصري إلى جزء الدماغ الذي يعالج المعلومات المرئية. يمكن أن يكون للاندفاع العصبي أيضًا مجموعة متنوعة من التأثيرات بناءً على مكان إرساله. عندما تخطو بالخطأ على دبوس على الأرض ، تستجيب الأعصاب في الحبل الشوكي بإرسال نبضة عصبية إلى عضلات ساقيك ، وتطلب منها الانقباض ، وبالتالي سحب ساقك بعيدًا عن الدبوس في جزء من الثانية. يتعرف الدماغ باستمرار على نمط وتكرار ومنطقة منشأ النبضات العصبية الواردة لتفسيرها ، ثم يستجيب عن طريق إصدار الأوامر المناسبة لأ

جزاء الجسم ذات الصلة. بطريقة ما ، النبضات العصبية أو إمكانات الفعل هي لغة رقمية للدماغ نفسه!