ساختار و کار دستگاه عصبی؛ تشریح مغز؛ مقایسه دستگاه عصبی مهره‌داران

ساختار و کار دستگاه عصبی

وظایف دستگاه عصبی به ارتباط‌های متقابل بین میلیون‌ها نورون وابسته است. شبکه‌های نورونی، به طور مداوم اطلاعاتی درباره شرایط داخلی بدن و شرایط محیطی، جمع‌آوری می‌کنند و پس از هماهنگی و تفسیر، به آن‌ها پاسخ می‌دهند. نورون‌ها چگونه در دستگاه عصبی، سازمان یافته‌اند؟ همان طور که در شکل ۱ نشان داده شده است، در دستگاه عصبی دو بخش اصلی وجود دارد؛ دستگاه عصبی مرکزی و دستگاه عصبی محیطی.

شکل ۱- دستگاه عصبی انسان. بخش نارنجی رنگ دستگاه عصبی مرکزی و بخش بنفش رنگ دستگاه عصبی محیطی را نشان می‌دهد. 

دستگاه عصبی مرکزی شامل مغز و نخاع است که مراکز نظارت بر اعمال بدن‌اند. این دستگاه اطلاعات دریافتی از محیط و درون بدن را تفسیر می‌کند و به آن‌ها پاسخ می‌دهد. دستگاه عصبی مرکزی از دو بخش ماده خاکستری که بیشتر محتوی جسم سلولی نورون‌هاست و ماده سفید که اجتماع بخش‌های میلین‌دار نورون‌هاست، تشکیل شده است.

دستگاه عصبی محیطی شامل تعداد زیادی عصب است. هر عصب مجموعی از آکسون ها، دندریت‌ها یا هر دو آن‌هاست. دور این آکسون ها و دندریت‌ها را غلافی از بافت پیوندی پوشانده است. به آکسون ها، یا دندریت‌های بلند تار عصبی می گویند.

اعصاب محیطی سه نوع‌اند: اعصاب حسی که پیام‌های عصبی را از اندام‌ها به مغز می‌برند، اعصاب حرکتی که پیام‌های عصبی را از مغز و نخاع به ماهیچه‌ها یا غده‌ها می‌برند. اعصاب مختلط مجموعی از تارهای حسی و حرکتی هستند .

مغز

 مغز مرکز اصلی پردازش اطلاعات در بدن است، به طور متوسط وزن مغز یک فرد بالغ ۱/۵ کیلوگرم است. افکار، عواطف، رفتار، ادراک، احساس و حافظه بر عهده مغز است. هم اکنون که این متن را می‌خوانید، مغز شما در حال درک و پردازش اطلاعات دریافتی و یادگیری است. مغز شامل چند بخش است: مخ، مخچه و ساقه مغز از آن جمله‌اند (شکل ۲).

شکل ۲- نیمه راست مغز

مخ: مخ بزرگ‌ترین بخش مغز است و توانایی یادگیری، حافظه، ادراک و عملکرد هوشمندانه را دارد. مخ دارای یک لایه خارجی چین خورده با برآمدگی‌ها و شیارهای بسیار است. این لایه قشر مخ نامیده می‌شود. یک شیار عمیق و طولانی در وسط، مخ را به دو نیمکره چپ و راست تقسیم می‌کند . نیمکره‌های من از طریق دسته‌ای از تارهای عصبی به نام جسم پینه‌ای، به یکدیگر مرتبط می‌شوند. به طور معمول، نیمکره چپ مخ اطلاعات حسی را از سمت راست بدن دریافت و حرکات آن را کنترل می‌کند و برعکس نیمکره راست، اطلاعات حسی را از سمت چپ بدن دریافت و حرکات آن بخش را کنترل می‌کند. علاوه بر آن هریک از نیمکره‌ها، کارهای مخصوص به خود دارند. بیشتر پردازش اطلاعات حسی و حرکتی در قشر خاکستری من انجام می‌شود که لایه خارجی چین خورده و نازک مخ است. چین خوردگی‌های قشر مخ، باعث افزایش سطح این ناحیه شده است و در عین حال این امکان را به وجود آورده است که مغز درون جمجمه جا بگیرد.

مخچه: مخچه در پشت ساقه مغز قرار دارد و از دو نیمکره که در وسط آن‌ها بخشی به نام کرمینه قرار دارد تشکیل شده است. این اندام مهم‌ترین مرکز هماهنگی و یادگیری حرکات لازم برای تنظیم حالت بدن و تعادل است و برای انجام این اعمال، اطلاعاتی را از ماهیچه‌ها، مفصل‌ها، پوست، چشم‌ها و گوش‌ها دریافت می‌کند. به علاوه بخش‌هایی از مغز و نخاع که مربوط به حرکات بدن هستند، پیام‌هایی را به مخچه ارسال می‌کنند. وقتی راه می‌رویم، مخچه با پیش‌بینی وضعیت بدن در لحظه بعد پیام‌هایی را برای مغز و نخاع می‌فرستد و موجب تصحیح و یا تغییر حرکت بدن می‌شود. به این ترتیب ما بدون برخورد به موانع، راه خود را ادامه می‌دهیم. صدمه به مخچه باعث می‌شود که فرد هنگام راه رفتن تلوتلو بخورد و اعمال خود را به طور غیرماهرانه انجام دهد. این فرد توانایی انجام حرکات دقیق را ندارد؛ نمی‌تواند یک خط مستقیم رسم کند و یا با چکش روی میخ بکوبد.

ساقه مغز: ساقه مغز در قسمت پایینی مغز قرار دارد و متشکل از بخش‌هایی است که از یک سو به نخاع منتهی می‌شوند و از سوی دیگر، به نیمکره‌های مخ و مخچه منتهی می‌شوند. ساقه مغز شامل مغز میانی، پل و بصل النخاع است. بصل‌النخاع، بسیاری از اعمال حیاتی مربوط به فعالیت‌های بدن، مانند تنفس و ضربان قلب را تنظیم می‌کند. این ساختارها نقش مهمی در تنظیم فعالیت‌های بدن برعهده دارند (شکل ۳).

مراکز مغزی دیگر: در بالای ساقه مغز، مراکز مهم تقویت و انتقال پیام‌های عصبی وجود دارد که اطلاعات را بین بخش‌های مختلف مغز رد و بدل می‌کنند. از جمله این مراکز تالاموس است که در پردازش اطلاعات حسی نقش مهمی دارد. اطلاعات حسی از اغلب نقاط بدن در تالاموس گرد هم می‌آیند، تقویت می‌شوند و به بخش‌های مربوطه در قشر مخ فرستاده می‌شوند.

شکل ۳- مقطع طولی ساقه مغز

در زیر تالاموس، هیپوتالاموس قرار دارد. هیپوتالاموس مرکز احساس گرسنگی و تشنگی و تنظیم دمای بدن است و نیز بسیاری از اعمال غده‌های ترشح کننده هورمون‌ها را تنظیم می‌کند. تالاموس و هیپوتالاموس را شبکه گسترده‌ای از نورون‌ها، به نام دستگاه لیمبیک به قسمت‌هایی از قشر مخ، متصل می‌کند و نقش مهمّی در حافظه، یادگیری و احساسات مختلف، مانند احساس رضایت، عصبانیت و لذت، برعهده دارد (شکل ۴).

شکل ۴- دستگاه لیمبیک. در این شکل بخش‌های تشکیل دهنده دستگاه لیمبیک و نیز قسمت‌های مرتبط با آن با رنگ بنفش مشخص شده‌اند.

نخاع

نخاع درون ستون مهره‌ها از بصل‌النخاع تا کمر امتداد دارد. نخاع، مغز را به دستگاه عصبی محیطی متصل می‌کند. مغز اطلاعاتی را که از طریق نخاع به سمت بالا می‌آیند، دریافت و همچنین از طریق آن، فرمان‌هایی را برای کنترل اعمال بدن، ارسال می‌کند (شکل ۵). نخاع علاوه بر انتقال پیام‌ها، مرکز برخی از انعکاس‌های بدن است. انعکاس، پاسخ ناگهانی و غیرارادی ماهیچه‌ها در پاسخ به محرک‌هاست.

۳۱ جفت عصب به نخاع متصل است. هر عصب نخاعی یک ریشه پشتی و یک ریشه شکمی دارد. ریشه‌های پشتی محتوی نورون‌های حسی‌اند که اطلاعات را از گیرنده‌های حسی به دستگاه عصبی مرکزی وارد می‌کنند. ریشه‌های شکمی محتوی نورون‌های حرکتی‌اند که پاسخ حرکتی را از دستگاه عصبی مرکزی به ماهیچه‌ها و غده‌ها، منتقل می‌کنند.

در برش عرضی نخاع، دو بخش ماده خاکستری و ماده سفید دیده می‌شود. مادۂ خاکستری شامل جسم سلولی نورون‌ها و تعدادی نورون رابط است. ماده سفید محتوى آکسون و دندریت نورون‌هاست و بخش خاکستری را در بر گرفته است (شکل ۵).

شکل ۵- نخاع

محافظت از دستگاه عصبی مرکزی

دستگاه عصبی مرکزی پستانداران از چند طریق محافظت می‌شود. اولین عامل، استخوان‌های جمجمه و ستون مهره‌ها هستند که جعبه‌ای محکم و استخوانی برای حفاظت مغز و نخاع به وجود می‌آورند. علاوه بر آن، مغز و نخاع را پرده‌ای به نام مننژ ، حفاظت می‌کند. پرده خارجی مننژ که از نوع بافت پیوندی محکم است، سخت شامه نام دارد و در زیر آن عنکبوتیه قرار دارد (عنکبوتیه در زیر میکروسکوپ مثل تارهای عنکبوت است). لایه داخلی مننژ نرم شامه نام دارد که دارای مویرگ‌های خونی فراوان است و بافت عصبی را تغذیه می‌کند. فضای بین سخت شامه و نرم شامه، با مایعی به نام مایع مغزی – نخاعی پر شده است. این مایع نقش ضربه‌گیر را دارد و از برخورد مغز و نخاع به استخوان‌ها در حین حرکت، جلوگیری می‌کند (شکل ۶).

بافت پوششی دیواره مویرگ‌های مغزی، فاقد منافذی هستند که در مویرگ‌های بافت‌های دیگر، دیده می‌شوند. در نتیجه بسیاری از مواد که در متابولیسم سلول‌های مغزی نقشی ندارند و نیز میکروب‌ها معمولاً نمی‌توانند وارد مغز شوند. به این عامل حفاظت کننده سد خونی – مغزی گفته می‌شود. البته موادی چون گلوکز و اکسیژن می‌توانند به سرعت از این سد بگذرند و وارد سلول‌های مغزی شوند .

شکل ۶- پرده مننژ مغز

دستگاه عصبی محیطی

دستگاه عصبی محیطی، مغز و نخاع را به قسمت‌های دیگر بدن ارتباط می‌دهد و شامل ۳۱ جفت عصب نخاعی و ۱۲ جفت عصب مغزی است (شکل ۱).

دستگاه عصبی محیطی، شامل دو بخش اصلی حسی و حرکتی است. بخش حسی که اطلاعات اندام‌های حس را به دستگاه عصبی مرکزی هدایت می‌کند. بخش حرکتی که ارسال پیام عصبی را به اندام‌های حرکتی برعهده دارد و شامل دو دستگاه مستقل است: دستگاه عصبی پیکری و دستگاه عصبی خودمختار. 

دستگاه عصبی پیکری: نورون‌های حرکتی محیطی که ماهیچه‌های اسکلتی را تحریک می‌کنند، تحت کنترل آگاهانه ما قرار دارند. این نورون‌ها دستگاه عصبی پیکری را تشکیل می‌دهند. بعضی از فعالیت‌ها در این دستگاه، نظیر انعکاس‌های نخاعی غیرارادی‌اند. انعکاس‌های نخاعی، پاسخ‌های حرکتی مهره-داران به محرک‌های محیطی‌اند و برای حفظ حیات آن‌ها انجام می‌شوند. این انعکاس‌ها بسیار سریع‌اند، زیرا در انجام آن‌ها، اغلب نخاع و دستگاه عصبی محیطی درگیرند و مغز نقشی ندارد. انعکاس زردی زیر زانو، نمونه‌ای از این انعکاس‌هاست.

به شکل ۷ نگاه کنید. وقتی پاهای شما در وضعیتی که در شکل می‌بینید به حالت آویزان قرار گیرند، اگر به زردپی زیر زانو ضربه‌ای وارد شود، پا ناگهان به سمت جلو حرکت می‌کند. ضربه وارد شده به زردپی، نورون حسی متصل به ماهیچه جلو ران را تحریک می‌کند. نورون حسی پیام عصبی را به نخاع ارسال می‌کند و نورون حرکتی مربوط، تحریک می‌شود و در نتیجه ماهیچه منقبض می‌شود و پا به سرعت بالا می‌آید. نورون حسی همچنین یک نورون رابطه را در نخاع تحریک می‌کند و آن، نورون حرکتی مربوط به ماهیچه عقب ران را از فعالیت باز می‌دارد. در نتیجه این ماهیچه در حالت استراحت قرار می‌گیرد.

پزشک‌ها، از این آزمایش برای بررسی سالم بودن مسیر انعکاس و نیز میزان اضطراب فرد، استفاده می‌کنند، یعنی هر قدر میزان اضطراب فرد بیشتر باشد، پا سریع‌تر پاسخ می‌دهد و بالاتر می‌آید .

شکل ۷- انعکاس زردپی زیر زانو

دستگاه عصبی خودمختار: تنظیم انقباض ماهیچه‌های قلبی و صاف و همچنین تنظیم کار غده‌ها آگاهانه انجام نمی‌شوند. این اعمال را دستگاه عصبی خود مختار تنظیم می‌کند.

اعصاب پاراسمپاتیک و اعصاب سمپاتیک دو بخش دستگاه عصبی خود مختار هستند که حالت پایدار بدن را حفظ می‌کنند. عمل این دو بخش به طور معمول بر خلاف یکدیگر است. عمل پاراسمپاتیک باعث برقراری حالت آرامش در بدن می‌شود. در این حالت فشار خون کاهش می‌یابد و ضربان قلب کم می‌شود. پاراسمپاتیک در دستگاه گوارش، باعث آغاز فعالیت‌های گوارشی می‌شود. بخش سمپاتیک در مواقع هیجان‌های روانی یا جسمی بر پاراسمپاتیک غلبه دارد و بدن را به حالت آماده باش نگاه می‌دارد. ممکن است چنین حالتی را در هنگام شرکت در مسابقه ورزشی با پاسخ دادن به سؤالات امتحانی تجربه کرده باشید. در این حالت بخش سمپاتیک سبب افزایش فشار خون، ضربان قلب و تعداد تنفس می‌شود و همچنین جریان خون را به سوی قلب و ماهیچه‌های اسکلتی هدایت می‌کند .

خودآزمایی

۱- عملکرد مخچه و ساقه مغز را توضیح دهید

۲- مشخصات ریشه پشتی و شکمی نخاع را بنویسید

دستگاه عصبی جانوران

سلول‌های عصبی جانوران مختلف، از نظر نحوه عمل بسیار شبیه یکدیگرند. اما در سازمان عصبی جانوران مختلف، گوناگونی‌های بسیاری به چشم می‌خورد. هیدر که از کیسه تنان است، یکی از ساده‌ترین دستگاه‌های عصبی را دارد. دستگاه عصبی هیدر به شکل یک شبکه عصبی است و شامل شبکه‌ای از رشته‌هاست که در تمام بدن جانور پخش شده‌اند. هیدر سر و مغز ندارد و نیز تقسیم بندی مرکزی و محیطی در دستگاه عصبی آن وجود ندارد. هیدر در آب زندگی می‌کند و می‌تواند به آهستگی در زیستگاه خود جابه جا شود؛ اما بیشتر اوقات به حالت ساکن و چسبیده به یک تکه سنگ، قرار گرفته است. شبکه عصبی برای ساختار بدن هیدر و نحوه فعالیت آن، کاملاً مناسب است (شکل ۹- الف).

بیشتر جانوران دارای سر و دم‌اند و سر آن‌ها مجهز به اندام‌های حسی و مغز است. در سر پلاناریا که از کرم‌های پهن است، مغز کوچکی وجود دارد. مغز پلاناریا از گره‌های عصبی (توده‌هایی متشکل از جسم سلول نورون‌ها) تشکیل شده است. این جانور دو طناب عصبی موازی (دسته‌هایی از آکسون ها و دندریت‌ها) دارد که همراه با مغز، دستگاه عصبی مرکزی آن را تشکیل می‌دهند و از این دو رشته اعصاب کوچک‌تری منشعب می‌شوند که دستگاه عصبی محیطی آن را تشکیل می‌دهند (شکل ۹- ب).

مغز حشرات از چند گره به هم جوش خورده تشکیل شده است (شکل ۹- ج). طناب عصبی شکمی این جانوران در هر قطعه از بدن، دارای یک گره عصبی است. هریک از این گره‌ها فعالیت ماهیچه‌های آن قطعه را کنترل می‌کنند.

در مهره‌داران نیز همان طور که در مورد انسان دیدید، دستگاه عصبی مرکزی شامل مغز و نخاع است، در این جانوران دستگاه عصبی محیطی نیز وجود دارد.

شکل ۹- دستگاه عصبی چند جانور

مقایسه مغز مهره‌داران

رفتارهای مختلف مهره‌داران مثل فرار از شکارچیان، جست و جوی غذا، جفت یابی و پرورش نوزاد، علاوه بر کنترل از طریق انعکاس، مستلزم هماهنگی بیشتر و در نتیجه توانایی بیشتر مغز برای ایجاد این هماهنگی است. مغز همه مهره‌داران دارای توانایی هماهنگ کردن اطلاعات دریافتی از محیط و دادن پاسخ‌های لازم و متناسب، به آنهاست.

در بین مهره‌داران، اندازه نسبی مغز پستانداران و پرندگان (نسبت به وزن بدن) بیشتر از سایرین است. نیمکره‌های مخ نیز در برندگان و پستانداران، نسبت به سایرین رشد بیشتری دارد و همین امر امکان انجام رفتارهای پیچیده‌تر را در آن‌ها در مقایسه با سایرین، فراهم آورده است.

در میان مهره‌داران، سطح قشر چین خورده مخ انسان نسبت به اندازه بدن، بیشترین مقدار را دارد و به این ترتیب مغز آدمی بیشترین قابلیت را برای انجام فعالیت‌های پیچیده‌ای چون حل مسئله و تفکر داراست. پس از انسان، چین خوردگی قشر مخ در سایر پریمات ها (نخستی‌ها) و وال بیشتر از دیگر مهره‌داران است. وال‌ها در زندگی اجتماعی خود دارای ارتباط‌های پیچیده‌ای از طریق ایجاد صدا هستند و بیشتر قشر مخ آن‌ها، احتمالاً به پردازش اطلاعات در مورد صداها، اختصاص یافته است.