สมองของมนุษย์ทำงานอย่างไร

สมองทำหน้าที่เป็นหน่วยงานโครงสร้างและหน้าที่ประกอบด้วยเซลล์สองประเภทคือเซลล์ประสาทและเซลล์ glial คาดว่ามีเซลล์ประสาทประมาณ 100 พันล้านเซลล์ในระบบประสาทของมนุษย์ทั้งหมดและเซลล์ glial ประมาณ 1, 000 ล้านเซลล์ (มีเซลล์ glial มากกว่าเซลล์ประสาท 10 เท่า)

เซลล์ประสาทมีความเชี่ยวชาญสูงและหน้าที่ของมันคือรับประมวลผลและส่งข้อมูลผ่านวงจรและระบบต่าง ๆ กระบวนการในการส่งข้อมูลนั้นดำเนินการผ่านประสาทซึ่งอาจเป็นไฟฟ้าหรือสารเคมี

ในขณะที่เซลล์ glial มีหน้าที่ควบคุมสภาพแวดล้อมภายในของสมองและอำนวยความสะดวกในกระบวนการสื่อสารของเซลล์ประสาท เซลล์เหล่านี้จะถูกจัดเรียงทั่วทั้งระบบประสาทก่อตัวขึ้นหากมีโครงสร้างและมีส่วนร่วมในกระบวนการของการพัฒนาและการก่อตัวของสมอง

ก่อนหน้านี้คิดว่าเซลล์ glial สร้างโครงสร้างของระบบประสาทเท่านั้นดังนั้นตำนานที่มีชื่อเสียงที่เราใช้เพียง 10% ของสมอง แต่วันนี้เรารู้ว่ามันตอบสนองฟังก์ชั่นที่ซับซ้อนมากขึ้นตัวอย่างเช่นเกี่ยวข้องกับการควบคุมของระบบภูมิคุ้มกันและกระบวนการปั้นพลาสติกหลังจากที่ได้รับบาดเจ็บ

นอกจากนี้พวกเขามีความจำเป็นสำหรับเซลล์ประสาทที่จะทำงานอย่างถูกต้องเนื่องจากพวกเขาอำนวยความสะดวกในการสื่อสารของเซลล์ประสาทและมีบทบาทสำคัญในการขนส่งสารอาหารไปยังเซลล์ประสาท

อย่างที่คุณสามารถเดาได้ว่าสมองมนุษย์นั้นซับซ้อนอย่างน่าประทับใจ มีการประเมินว่าสมองมนุษย์ที่เป็นผู้ใหญ่มีการเชื่อมต่อระหว่าง 100 ถึง 500 ล้านล้านดวงและกาแลคซีของเรามีดาวประมาณ 100 ล้านล้านดวงดังนั้นจึงสามารถสรุปได้ว่าสมองของมนุษย์นั้นซับซ้อนกว่ากาแลคซี (García, Núñez, Santín, Redolar & Valero, 2014)

การสื่อสารระหว่างเซลล์ประสาท: ประสาท

ฟังก์ชั่นสมองเกี่ยวข้องกับการส่งข้อมูลระหว่างเซลล์ประสาทการส่งสัญญาณนี้ทำผ่านขั้นตอนที่ซับซ้อนมากขึ้นหรือน้อยลงที่เรียกว่าซินเซส

ซินเซสอาจเป็นไฟฟ้าหรือสารเคมี synapses ไฟฟ้าประกอบด้วยการส่งกระแสไฟฟ้าแบบสองทิศทางแบบสองทิศทางระหว่างเซลล์ประสาทโดยตรงในขณะที่ใน synapses เคมีมีการขาดตัวกลางที่เรียกว่าสารสื่อประสาท neurotransmitters

โดยทั่วไปเมื่อเซลล์ประสาทสื่อสารกับเซลล์ประสาทอื่นเพื่อเปิดใช้งานหรือยับยั้งมันผลสุดท้ายที่สังเกตได้ในพฤติกรรมหรือในกระบวนการทางสรีรวิทยาบางอย่างเป็นผลมาจากการกระตุ้นและการยับยั้งของเซลล์ประสาทหลายแห่งตามวงจรของเซลล์ประสาท

ซิงค์ไฟฟ้า

synapses ไฟฟ้าเร็วกว่าและง่ายกว่าสารเคมี อธิบายอย่างง่ายพวกมันประกอบด้วยการส่งกระแสสลับขั้วระหว่างเซลล์ประสาทสองแห่งที่อยู่ใกล้กันเกือบจะติดกาวเข้าด้วยกัน ไซแนปส์ประเภทนี้มักจะไม่สร้างการเปลี่ยนแปลงในระยะยาวในเซลล์ประสาท postsynaptic

ซินเนสเหล่านี้เกิดขึ้นในเซลล์ประสาทที่มีรอยต่อแน่นซึ่งเยื่อหุ้มสัมผัสเกือบแยกออกจากกันด้วย 2-4nm ช่องว่างระหว่างเซลล์ประสาทมีขนาดเล็กมากเนื่องจากเซลล์ประสาทของพวกเขาจะต้องเข้าร่วมโดยช่องทางที่เกิดขึ้นจากโปรตีนที่เรียกว่า connexins

ช่องทางที่เกิดขึ้นจาก connexins ช่วยให้ภายในของเซลล์ประสาททั้งสองอยู่ในการสื่อสาร ผ่านรูขุมขนเหล่านี้สามารถส่งผ่านโมเลกุลขนาดเล็ก (น้อยกว่า 1kDa) ดังนั้นสารเคมีที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการสื่อสารการเผาผลาญ synapses นอกเหนือจากการสื่อสารไฟฟ้าผ่านการแลกเปลี่ยนของสารที่สองที่เกิดขึ้นใน synapse เช่น inositoltriphosphate ( IP ₃ ) หรือ adenosine monophosphate แบบวงกลม (cAMP)

ไฟฟ้า synapses มักจะทำระหว่างเซลล์ประสาทชนิดเดียวกันอย่างไรก็ตาม synapses ไฟฟ้ายังสามารถสังเกตได้ระหว่างเซลล์ประสาทชนิดต่าง ๆ หรือแม้กระทั่งระหว่างเซลล์ประสาทและ astrocytes (เซลล์ประเภท glial)

synapses ไฟฟ้าช่วยให้เซลล์ประสาทสื่อสารอย่างรวดเร็วและเชื่อมต่อเซลล์ประสาทหลาย ๆ ขอบคุณคุณสมบัติเหล่านี้เราสามารถดำเนินการกระบวนการที่ซับซ้อนที่ต้องการการส่งข้อมูลอย่างรวดเร็วเช่นประสาทสัมผัสมอเตอร์และกระบวนการทางปัญญา (ความสนใจความจำการเรียนรู้ ... )

สารเคมี

เคมีประสาทเกิดขึ้นระหว่างเซลล์ประสาทที่อยู่ติดกันซึ่งองค์ประกอบ presynaptic เชื่อมต่อมักจะเป็นขั้ว axonic ซึ่งปล่อยสัญญาณและ postsynaptic ซึ่งมักจะพบในโสมหรือ dendrites ซึ่งได้รับสัญญาณ สัญญาณ

เซลล์ประสาทเหล่านี้ไม่ได้ถูกแนบมีช่องว่างระหว่างพวกเขาของ 20nm ที่เรียกว่าแหว่ง synaptic

สารเคมีมีหลายชนิดแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับลักษณะทางสัณฐานวิทยา จากข้อมูลของ Gray (1959) synapses ทางเคมีสามารถแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม

• สารเคมีในรูป แบบซิงก์ (ไม่สมมาตร) ใน synapses เหล่านี้ส่วนประกอบ presynaptic ถูกสร้างขึ้นโดย terminal axonal ที่มีถุงกลมและ postynaptic พบใน dendrites และมีความหนาแน่นสูงของตัวรับ postsynaptic
• สารเคมีชนิดที่สอง synapses (สมมาตร) ใน synapses เหล่านี้ส่วนประกอบ presynaptic ถูกสร้างขึ้นโดย terminal axonal ที่มี vesicles รูปไข่และหนึ่ง postynaptic สามารถพบได้ทั้งใน Soma และใน dendrites และมีความหนาแน่นต่ำกว่าของตัวรับ postsynaptic กว่าในประเภท I synapses. ประเภทของ synapse ที่เกี่ยวกับประเภทที่ 1 คือ synaptic cleft นั้นแคบกว่า (ประมาณ 12 nm)

ประเภทของไซแนปส์ขึ้นอยู่กับสารสื่อประสาทที่เกี่ยวข้องในนั้นดังนั้นสารสื่อประสาท excitatory เช่นกลูตาเมตมีส่วนร่วมในประเภทที่ฉัน synapses ในขณะที่ในประเภท II ไซแนปส์สารยับยั้งสารสื่อประสาทเช่น GABA จะทำหน้าที่

แม้ว่าสิ่งนี้จะไม่เกิดขึ้นตลอดทั้งระบบประสาท แต่ในบางพื้นที่เช่นไขสันหลัง, substantia nigra, basal ganglia และ colliculi มี GABA-ergic synapses ที่มีโครงสร้างชนิดที่ 1

อีกวิธีหนึ่งในการจำแนกประเภทการซิงก์เป็นไปตามส่วนประกอบ presynaptic และ postsynaptic ยกตัวอย่างเช่นถ้าทั้ง presynaptic เป็นซอนและโพสซินแน็ปทิคหนึ่ง dendrite เรียกว่า axodendritic synapses ด้วยวิธีนี้เราสามารถหา axoaxonic, axosomatic, axosomatic, dendroaxonic, dendrodendritic synapses ...

ประเภทของไซแนปส์ที่เกิดขึ้นบ่อยที่สุดในระบบประสาทส่วนกลางคือซินแทสซิสประเภท axiosinous synapses (ไม่สมมาตร) มันเป็นที่คาดกันว่าระหว่าง 75-95% ของ synapses ของเปลือกสมองเป็นประเภทที่ 1 ในขณะที่เพียง 5 และ 25% ระหว่างที่เป็นประเภทที่สอง synapses

สรุปทางเคมีสามารถสรุปได้ดังนี้:

1. ศักยภาพในการกระทำถึงเทอร์มินัล axon จะเปิดช่องทางแคลเซียมไอออน (Ca2 +) และการไหลของไอออนจะถูกปล่อยลงในร่อง synaptic
2. การไหลของไอออนก่อให้เกิดกระบวนการที่ถุงที่เต็มไปด้วยสารสื่อประสาท, ผูกกับ Postynaptic พังผืดและเปิดรูขุมขนซึ่งเนื้อหาทั้งหมดจะถูกปล่อยลงในร่อง synaptic
3. สารสื่อประสาทที่ปล่อยออกมานั้นเชื่อมโยงกับตัวรับโพสต์ซินแน็ปทิคเฉพาะสำหรับสารสื่อประสาทนั้น
4. การเชื่อมโยงของสารสื่อประสาทไปยังเซลล์ประสาท postsynaptic ควบคุมการทำงานของเซลล์ประสาท postsynaptic

สารสื่อประสาทและสารสื่อประสาท

แนวคิดของสารสื่อประสาทรวมถึงสารทั้งหมดที่มีการเปิดตัวใน synapse ทางเคมีและที่ช่วยให้การสื่อสารของเซลล์ประสาท สารสื่อประสาทมีคุณสมบัติตรงตามเกณฑ์ต่อไปนี้:

• พวกมันถูกสังเคราะห์ภายในเซลล์ประสาทและมีอยู่ในขั้วซอน
• เมื่อมีการปล่อยสารสื่อประสาทในปริมาณที่เพียงพอก็จะมีผลต่อเซลล์ประสาทที่อยู่ติดกัน
• เมื่อพวกเขาทำงานที่ได้รับมอบหมายเสร็จสิ้นพวกเขาจะถูกกำจัดออกจากการเสื่อมสภาพ

Neuromodulators เป็นสารที่เสริมการทำงานของสารสื่อประสาทโดยการเพิ่มหรือลดผลกระทบของพวกเขา พวกเขาทำสิ่งนี้โดยการเข้าร่วมเว็บไซต์เฉพาะภายในตัวรับโพสต์ซินแน็ปทิค

มีสารสื่อประสาทหลายชนิดที่สำคัญที่สุดคือ:

• กรดอะมิโนที่สามารถขับออกมาเช่นกลูตาเมตหรือสารยับยั้งเช่นกรด am-aminobutyric ซึ่งรู้จักกันดีในชื่อ GABA
• acetylcholine
• Catecholamides เช่นโดปามีนหรือ noradrenaline
• อินโดลามีนเช่นเซโรโทนิน
• neuropeptides