أعلن فريق من العلماء من إسبانيا وفرنسا وإنجلترا عن الانتهاء من أول تجربة على الإطلاق لنقل إشارة بين عقلي شخصين باستخدام تقنيات غير جراحية حصريًا. تم إرسال إشارة تتكون من 140 بت من المعلومات من الهند إلى فرنسا عبر الإنترنت. تم نشر العمل في بلوس واحد.
المخطط العام للتجربة. الصورة: PLOS مقال واحد |
اعتمدت التجربة على واجهات الدماغ والحاسوب (BCI) وواجهات الدماغ والحاسوب (CBI)، وتم إرسال الإشارة عبر الإنترنت. كانت الرسالة في النهاية عبارة عن كلمة "hola" - "مرحبًا" باللغة الإسبانية (والكاتالونية). تم استخدام تشفير بيكون، الذي يستخدم 5 بتات لكل حرف، للتشفير. تم إرسال الكلمة 7 مرات لجمع إحصائيات كافية، لذلك كانت الرسالة النهائية بطول 140 بت.
قام العلماء بصياغة واجهة الدماغ والحاسوب على النحو التالي: لتشفير "0"، يحرك "جهاز الإرسال" البشري قدمه، ولتشفير "1"، يحرك كفه. ومن خلال أخذ مخطط كهربية الدماغ من مناطق القشرة الدماغية المسؤولة عن هذه الحركات، استقبل الكمبيوتر الرسالة المرسلة على شكل بتات ثنائية.
مع واجهة الكمبيوتر والدماغ، كانت الأمور أكثر تعقيدًا. على رأس "المستقبل" البشري وجدوا المركز البصري لقشرة المخ، والذي عند تحفيزه نشأت ظاهرة الفوسفينات - الأحاسيس البصرية التي تنشأ دون معلومات من العين. تم ترميز وجود مثل هذا الشعور بـ "1" والغياب بـ "0".
أربعة متطوعين تتراوح أعمارهم بين 28-50 سنة عملوا كمرسلين ومستقبلين. وفي التجربة النهائية، تم إرسال الإشارة من الهند إلى فرنسا. ومن أجل القضاء على التداخل الناشئ عن الحواس، كان الشخص "المتلقي" يرتدي قناعا عازلا للضوء على عينيه، كما تم وضع سدادات في أذنيه. للتخلص من إمكانية تخمين الكلمة المشفرة، تم تشفير التسلسل أولًا للحصول على رمز عشوائي زائف، والذي تم فك تشفيره بعد الإرسال لاستعادة الرسالة الأصلية.
ونتيجة للتجربة، كان من الممكن نقل 140 بت من المعلومات بمعدل خطأ قدره 4%. للمقارنة، للتأكد من أن هذه النتيجة ذات دلالة إحصائية: احتمال تخمين جميع الأحرف الـ 140 المتتالية أقل من 10 -22، واحتمال تخمين 80% على الأقل من 140 حرفًا أقل من 10 -13 . وهكذا، وفقًا للعلماء، كان هناك بالفعل انتقال مباشر للإشارة من دماغ إلى دماغ آخر.
تنبع حداثة هذا العمل وأهميته من حقيقة أن جميع هذه التجارب حتى الآن إما اقتصرت على إحدى الواجهتين، أو تم إجراؤها على حيوانات المختبر، أو تضمنت إجراءات غازية لزرع أجهزة استشعار في كائن حي. في هذا العمل، تمكن العلماء لأول مرة من تحقيق انتقال غير جراحي من شخص لآخر.
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، أهمها 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. أطلق S. Henschen على هذه المنطقة اسم 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).
يستطيع الإنسان أن يشعر ويدرك العالم الموضوعي بفضل النشاط الخاص للدماغ. ترتبط جميع أعضاء الحواس بالدماغ. يتفاعل كل عضو من هذه الأعضاء مع نوع معين من المحفزات: أعضاء الرؤية - لتأثيرات الضوء، وأعضاء السمع واللمس - للتأثيرات الميكانيكية، وأعضاء الذوق والشم - للتأثيرات الكيميائية. ومع ذلك، فإن الدماغ نفسه غير قادر على إدراك هذه الأنواع من التأثيرات. إنه "يفهم" فقط الإشارات الكهربائية المرتبطة بالنبضات العصبية. لكي يستجيب الدماغ للمثير، الخامسيجب على كل وسيلة حسية أولاً أن تحول الطاقة المادية المقابلة إلى إشارات كهربائية، والتي تتبع بعد ذلك مساراتها الخاصة إلى الدماغ. تتم عملية الترجمة هذه بواسطة خلايا خاصة في الأعضاء الحسية تسمى المستقبلات. فالمستقبلات البصرية، على سبيل المثال، تقع في طبقة رقيقة داخل العين؛ يحتوي كل مستقبل بصري على مادة كيميائية تتفاعل مع الضوء، ويطلق هذا التفاعل سلسلة من الأحداث التي ينتج عنها نبض عصبي. المستقبلات السمعية عبارة عن خلايا شعرية رقيقة تقع في أعماق الأذن. تعمل اهتزازات الهواء، وهي عبارة عن محفزات صوتية، على ثني هذه الخلايا الشعرية، مما يؤدي إلى توليد دفعة عصبية. تحدث عمليات مماثلة في طرائق حسية أخرى.
المستقبل عبارة عن خلية عصبية متخصصة، أو خلية عصبية. عندما يكون متحمسا، فإنه يرسل إشارة كهربائية إلى interneurons. تنتقل هذه الإشارة حتى تصل إلى منطقة الاستقبال الخاصة بها في القشرة الدماغية، حيث يكون لكل وسيلة حسية منطقة استقبال خاصة بها. في مكان ما في الدماغ - ربما في القشرة المستقبلة، أو ربما في جزء آخر من القشرة - تتسبب الإشارة الكهربائية في التجربة الواعية للإحساس. لذلك، عندما نشعر باللمس، "يحدث" الإحساس في دماغنا، وليس على بشرتنا. علاوة على ذلك، فإن النبضات الكهربائية التي تتوسط الإحساس باللمس بشكل مباشر كانت في حد ذاتها ناجمة عن نبضات كهربائية متولدة في مستقبلات اللمس الموجودة في الجلد. وكذلك الإحساس بالطعم المر لا يأتي من اللسان، بل من الدماغ؛ لكن نبضات الدماغ التي تتوسط الإحساس بالذوق كانت في حد ذاتها ناجمة عن نبضات كهربائية من براعم التذوق في اللسان.
لا يدرك الدماغ تأثير المنبه فحسب، بل يدرك أيضًا عددًا من خصائص المنبه، مثل شدة التأثير. وبالتالي، يجب أن تتمتع المستقبلات بالقدرة على تشفير شدة المحفز ومعاييره النوعية. كيف يفعلون ذلك؟
من أجل الإجابة على هذا السؤال، احتاج العلماء إلى إجراء سلسلة من التجارب لتسجيل نشاط الخلايا والمسارات المستقبلة الفردية أثناء تقديم إشارات الإدخال المختلفة، أو المحفزات، للموضوع. بهذه الطريقة يمكنك تحديد خصائص المحفز الذي تستجيب له خلية عصبية معينة بدقة. كيف يتم تنفيذ مثل هذه التجربة عمليا؟
وقبل بدء التجربة، يخضع الحيوان (القرد) لعملية جراحية، يتم خلالها زرع أسلاك رفيعة في مناطق معينة من القشرة البصرية. وبطبيعة الحال، يتم إجراء مثل هذه العملية تحت ظروف معقمة وبتخدير مناسب. الأسلاك الرفيعة - الأقطاب الكهربائية الدقيقة - مغطاة بالعزل في كل مكان باستثناء الطرف الذي يسجل النشاط الكهربائي للخلية العصبية الملامسة لها. وبمجرد زرع هذه الأقطاب الكهربائية الدقيقة، فإنها لا تسبب الألم، ويمكن للقرد أن يعيش ويتحرك بشكل طبيعي تمامًا. أثناء التجربة الفعلية، يتم وضع القرد في جهاز اختبار، ويتم توصيل الأقطاب الكهربائية الدقيقة بأجهزة التضخيم والتسجيل. يتم بعد ذلك تقديم العديد من المحفزات البصرية للقرد. ومن خلال ملاحظة القطب الذي ينتج إشارة مستقرة، يمكننا تحديد الخلايا العصبية التي تستجيب لكل محفز. وبما أن هذه الإشارات ضعيفة جداً، فيجب تضخيمها وعرضها على شاشة راسم الذبذبات، الذي يحولها إلى منحنيات جهد كهربائي. تنتج معظم الخلايا العصبية سلسلة من النبضات العصبية التي تنعكس على راسم الذبذبات على شكل دفقات رأسية (مسامير). حتى في غياب المحفزات، تنتج العديد من الخلايا نبضات نادرة (نشاط عفوي). عندما يتم تقديم الحافز الذي تكون خلية عصبية معينة حساسة له، يمكن رؤية تسلسل سريع للطفرات. من خلال تسجيل نشاط خلية واحدة، تعلم العلماء الكثير عن كيفية تشفير الأعضاء الحسية لشدة وجودة المنبه. الطريقة الرئيسية لتشفير شدة التحفيز هي عدد النبضات العصبية لكل وحدة زمنية، أي. تردد النبضات العصبية. دعونا نعرض هذا باستخدام مثال اللمس. إذا لمس شخص ما يدك بخفة، فسوف تظهر سلسلة من النبضات الكهربائية في الألياف العصبية. إذا زاد الضغط، يبقى حجم النبضات كما هو، لكن عددها لكل وحدة زمنية يزداد. إنه نفس الشيء مع الطرائق الأخرى. بشكل عام، كلما زادت الشدة، زاد تردد النبضات العصبية وزادت شدة المنبه المدركة.
يمكن تشفير شدة التحفيز بطرق أخرى. أحدها هو تشفير الشدة على شكل نمط زمني من النبضات. في حالة الشدة المنخفضة، نادرًا ما تتبع النبضات العصبية ويكون الفاصل الزمني بين النبضات المتجاورة متغيرًا. في حالة الكثافة العالية، يصبح هذا الفاصل الزمني ثابتًا تمامًا. والاحتمال الآخر هو تشفير الشدة على أنها العدد المطلق للخلايا العصبية المنشطة: كلما زادت شدة المحفز، زاد عدد الخلايا العصبية المعنية.
يعد ترميز جودة الحافز أكثر تعقيدًا. في محاولة لشرح هذه العملية، اقترح I. Müller في عام 1825 أن الدماغ قادر على التمييز بين المعلومات من الطرائق الحسية المختلفة بسبب حقيقة أنها تنتقل عبر أعصاب حسية مختلفة (بعض الأعصاب تنقل الأحاسيس البصرية، والبعض الآخر سمعي، وما إلى ذلك). لذلك، إذا لم نأخذ في الاعتبار عددًا من تصريحات مولر حول عدم إمكانية معرفة العالم الحقيقي، فيمكننا الاتفاق على أن المسارات العصبية التي تبدأ عند مستقبلات مختلفة تنتهي في مناطق مختلفة من القشرة الدماغية. وبالتالي، يتلقى الدماغ معلومات حول المعلمات النوعية للتحفيز بفضل تلك القنوات العصبية التي تربط الدماغ والمستقبل. ومع ذلك، فإن الدماغ قادر على التمييز بين تأثيرات طريقة واحدة. على سبيل المثال، نميز اللون الأحمر عن الأخضر أو الحلو عن الحامض. على ما يبدو، يرتبط التشفير هنا أيضًا بخلايا عصبية محددة. على سبيل المثال، هناك دليل على أن الشخص يميز الحلو من الحامض لمجرد أن كل نوع من الطعم له ألياف عصبية خاصة به. لذا، فإن الألياف "الحلوة" تنقل المعلومات بشكل أساسي من المستقبلات الحلوة، والألياف "الحامضة" - من المستقبلات الحامضة، وكذلك الحال مع الألياف "المالحة" والألياف "المريرة".
ومع ذلك، فإن الخصوصية ليست مبدأ الترميز الوحيد الممكن. ومن الممكن أيضًا أن يستخدم الجهاز الحسي نمطًا محددًا من النبضات العصبية لتشفير المعلومات عالية الجودة. يمكن للألياف العصبية الفردية، التي تتفاعل إلى الحد الأقصى، على سبيل المثال، مع الحلويات، أن تستجيب، ولكن بدرجات متفاوتة، لأنواع أخرى من محفزات الذوق. تتفاعل إحدى الألياف بقوة مع الأطعمة الحلوة، وأضعف مع الأطعمة المرة، وحتى أضعف مع الأطعمة المالحة؛ بحيث يقوم المحفز "الحلو" بتنشيط عدد كبير من الألياف بدرجات متفاوتة من الاستثارة، وبعد ذلك سيكون هذا النمط المعين من النشاط العصبي هو رمز الحلو في النظام. سيتم نقل نمط مختلف عبر الألياف كرمز مرير.
ومع ذلك، في الأدبيات العلمية يمكننا أن نجد رأيا مختلفا. على سبيل المثال، هناك كل الأسباب التي تجعلنا نؤكد أن المعلمات النوعية للمحفز يمكن تشفيرها من خلال شكل إشارة كهربائية تدخل إلى الدماغ. نواجه ظاهرة مماثلة عندما ندرك جرس الصوت أو جرس الآلة الموسيقية. إذا كان شكل الإشارة قريبًا من الشكل الجيوب الأنفي، فإن الجرس يكون ممتعًا بالنسبة لنا، ولكن إذا كان الشكل يختلف بشكل كبير عن الشكل الجيوب الأنفي، فلدينا شعور بالتنافر.
وبالتالي، فإن انعكاس المعلمات النوعية للحافز في الأحاسيس هو عملية معقدة للغاية، ولم تتم دراسة طبيعتها بالكامل.
بواسطة: أتكينسون آر إل، أتكينسون آر إس، سميث إي وآخرون مقدمة في علم النفس: كتاب مدرسي للجامعات / ترانس. من الانجليزية تحت. إد. نائب الرئيس. زينتشينكو، - م: تريفولا، 1999.
تربط الأحاسيس الشخص بالعالم الخارجي وهي المصدر الرئيسي للمعلومات عنه والشرط الرئيسي للنمو العقلي. ومع ذلك، وعلى الرغم من وضوح هذه الأحكام، فقد تم التشكيك فيها مرارا وتكرارا. غالبًا ما عبر ممثلو الاتجاه المثالي في الفلسفة وعلم النفس عن فكرة أن المصدر الحقيقي لنشاطنا الواعي ليس الأحاسيس، بل الحالة الداخلية للوعي، وقدرة التفكير العقلاني، المتأصلة في الطبيعة والمستقلة عن تدفق المعلومات القادمة من العالم الخارجي. شكلت هذه الآراء أساس الفلسفة العقلانية.كان جوهرها هو التأكيد على أن الوعي والعقل هما الخصائص الأساسية التي لا يمكن تفسيرها للروح البشرية.
كثيرًا ما قام الفلاسفة المثاليون والعديد من علماء النفس المؤيدين للمفهوم المثالي بمحاولات لرفض الموقف القائل بأن أحاسيس الشخص تربطه بالعالم الخارجي، وإثبات الموقف المعاكس والمتناقض، وهو أن الأحاسيس هي جدار منيع يفصل بين الإنسان من العالم الخارجي. تم طرح موقف مماثل من قبل ممثلي المثالية الذاتية (D. Berkeley، D. Hume، E. Mach).
I. مولر، أحد ممثلي الاتجاه الثنائي في علم النفس، بناءً على الموقف المذكور أعلاه للمثالية الذاتية، صاغ نظرية "الطاقة المحددة للحواس". ووفقا لهذه النظرية فإن كل عضو من أعضاء الحواس (العين، الأذن، الجلد، اللسان) لا يعكس تأثير العالم الخارجي، ولا يقدم معلومات عن العمليات الحقيقية التي تحدث في البيئة، بل يتلقى فقط نبضات من المؤثرات الخارجية التي تثير العمليات الخاصة بهم. ووفقا لهذه النظرية، فإن كل عضو حسي لديه "طاقة محددة" خاصة به، متحمسة لأي تأثير يأتي من العالم الخارجي. لذا، يكفي الضغط على العين أو تمرير تيار كهربائي عليها للحصول على الشعور بالضوء؛ يعد التحفيز الميكانيكي أو الكهربائي للأذن كافيًا لإنتاج الإحساس بالصوت. ومن هذه الأحكام استنتج أن الحواس لا تعكس المؤثرات الخارجية، بل تستثار بها فقط، ولا يدرك الإنسان المؤثرات الموضوعية للعالم الخارجي، بل يدرك فقط حالاته الذاتية التي تعكس نشاط حواسه.
وكانت هناك وجهة نظر مماثلة هي وجهة نظر ج. هيلمهولتز، الذي لم يرفض حقيقة أن الأحاسيس تنشأ نتيجة لتأثير الأشياء على أعضاء الحواس، لكنه يعتقد أن الصور العقلية التي تنشأ نتيجة لهذا التأثير ليس لها أي تأثير. مشترك مع الأشياء الحقيقية. وعلى هذا الأساس، أطلق على الأحاسيس اسم "رموز" أو "علامات" للظواهر الخارجية، رافضًا الاعتراف بها كصور أو انعكاسات لهذه الظواهر. كان يعتقد أن تأثير شيء معين على عضو حسي يثير في الوعي "علامة" أو "رمزًا" للكائن المؤثر، ولكن ليس صورته. "لأنه يجب أن يكون للصورة تشابه معين مع الشيء المصور... ولا يشترط أن يكون للعلامة أي تشابه مع تلك التي هي علامة عليها."
ومن السهل أن نرى أن كلا النهجين يؤديان إلى العبارة التالية: لا يستطيع الإنسان إدراك العالم الموضوعي، والحقيقة الوحيدة هي العمليات الذاتية التي تعكس نشاط حواسه، والتي تخلق "عناصر العالم" المدركة ذاتيًا ".
وشكلت استنتاجات مماثلة أساس النظرية الأنانية(من اللات. سولوس -واحد، إبسي -نفسه) والتي تتلخص في أن الإنسان لا يستطيع أن يعرف إلا نفسه، وليس لديه دليل على وجود أي شيء آخر غير نفسه.
ممثلو المدرسة المادية، الذين يعتقدون أن الانعكاس الموضوعي للعالم الخارجي ممكن، يتخذون مواقف معاكسة. تظهر دراسة تطور الحواس بشكل مقنع أنه في عملية التطور التاريخي الطويل، تم تشكيل أعضاء إدراكية خاصة (أعضاء حسية، أو مستقبلات)، متخصصة في عكس أنواع خاصة من أشكال حركة المادة الموجودة بشكل موضوعي (أو أنواع من الحركة). الطاقة): المستقبلات السمعية التي تعكس اهتزازات الصوت؛ المستقبلات البصرية التي تعكس نطاقات معينة من الاهتزازات الكهرومغناطيسية، وما إلى ذلك. تظهر دراسة تطور الكائنات الحية أنه في الواقع ليس لدينا "طاقات محددة لأعضاء الحواس نفسها"، ولكن أعضاء محددة تعكس بشكل موضوعي أنواعًا مختلفة من الطاقة. علاوة على ذلك، فإن التخصص العالي لمختلف أعضاء الحواس لا يعتمد فقط على السمات الهيكلية للجزء المحيطي من المحلل - المستقبلات، ولكن أيضًا على أعلى تخصص للخلايا العصبية التي يتكون منها الجهاز العصبي المركزي، والتي تتلقى الإشارات التي ينظر إليها أعضاء الحس الطرفية.
وتجدر الإشارة إلى أن الأحاسيس البشرية هي نتاج التطور التاريخي، وبالتالي فهي تختلف نوعيا عن أحاسيس الحيوانات. في الحيوانات، يكون تطور الأحاسيس محدودًا تمامًا باحتياجاتها البيولوجية والغريزية. في العديد من الحيوانات، تكون أنواع معينة من الأحاسيس مذهلة في دقةها، لكن مظهر هذه القدرة المتطورة بدقة على الإحساس لا يمكن أن يتجاوز حدود تلك الدائرة من الأشياء وخصائصها التي لها أهمية حيوية مباشرة للحيوانات من هذا النوع. على سبيل المثال، يستطيع النحل تمييز تركيز السكر في المحلول بمهارة أكبر بكثير من الشخص العادي، لكن هذا يحد من دقة أحاسيس التذوق لديه. مثال آخر: السحلية التي يمكنها سماع حفيف طفيف لحشرة زاحفة لن تتفاعل بأي شكل من الأشكال مع الضربات العالية جدًا للحجر على الحجر.
القدرة على الشعور لدى البشر لا تقتصر على الاحتياجات البيولوجية. خلق العمل فيه نطاقًا أوسع من الاحتياجات بشكل لا يضاهى مقارنة بالحيوانات، وفي الأنشطة التي تهدف إلى تلبية هذه الاحتياجات، كانت القدرات البشرية تتطور باستمرار، بما في ذلك القدرة على الشعور. لذلك، يمكن للشخص أن يشعر بعدد أكبر بكثير من خصائص الأشياء من حوله مقارنة بالحيوان.
1 يعتمد هذا الباب على فصول من كتاب: علم النفس. / إد. البروفيسور ك.ن. كورنيلوفا، البروفيسور. أ.أ. سميرنوفا، البروفيسور. بي ام. تيبلوفا. - إد. الثالث، المنقحة وإضافية - م: أوتشبيدجيز، 1948.
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، وكان يضم طاقمه علماء فيزيولوجيين، وعلماء تشريح، وعلماء كيمياء حيوية. ومن خلال العمل معًا، قاموا بحل مشاكل عمل الجهاز العصبي وتطوره واستكشفوا الآليات الجزيئية للدماغ.
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، مما ينتج نبضات وينشط تقلصات العضلات. والنتيجة النهائية هي استقامة الساق عند 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 الموجودة 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. لذلك، 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. إن الصورة التي تدخل شبكية العين تكون مقلوبة، ولكنها في جميع النواحي الأخرى تمثل تمثيلاً حقيقيًا للعالم 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. يوضح الشكل 1.2 الأنواع المختلفة للخلايا 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 أصدر تعميمًا مهمًا مفاده أن شكل وترتيب الخلايا العصبية، بالإضافة إلى منطقة المنشأ والهدف النهائي للإشارات العصبية في الشبكة، توفر معلومات مهمة حول 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. تُعرف الخلايا الدبقية الموجودة في 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، والخلايا الأفقية، وثنائية القطب، والخلايا عديمة الاستطالة، ولكل منها شكل مميز، ونوعية جهاز الإرسال، وخصائص فسيولوجية. 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 من عدد كبير من المستقبلات 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 المسار. 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 كانت هناك حاجة إلى عقل بشري لبناء جهاز كمبيوتر، فلن يتحكم أحد في الدماغ أثناء تطوره وإجراء الاتصالات. 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. ويشير هذا 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.