معلومة

كيف نرى و / أو نكتشف الخلايا العصبية؟

كيف نرى و / أو نكتشف الخلايا العصبية؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

لدي فضول لمعرفة كيف "نرى" الخلايا العصبية ، لعدم وجود مصطلح أفضل. هل هو كشف النواقل العصبية؟ هل يمكننا حرفيا رؤية الكهرباء وهي تشتعل وتتحرك في جميع أنحاء الممرات؟ هل هو مزيج من الاثنين ، أم شيء مختلف تمامًا ، مثل الماسحات الضوئية؟

ما نوع التكنولوجيا المستخدمة لعمل هذه الأشياء؟

اشكرك!


في الوقت الحالي ، الشيء المهم في علم الأعصاب هو التصوير في الجسم الحي إطلاق الكالسيوم الذي يرتبط بإمكانيات عمل الخلايا العصبية ، كما هو موضح هنا. كل بقعة بيضاء عبارة عن خلية عصبية ، والخطوط والدوائر السوداء عبارة عن أوعية دموية. باستخدام هذه الطريقة ، يمكنك تصور توزيع ونشاط الخلايا العصبية في الوقت الفعلي.


كيف نرى و / أو نكتشف الخلايا العصبية؟ - مادة الاحياء

يعد اكتشاف المحفزات الخطرة خاصية أساسية لكل من الخلايا المناعية والخلايا العصبية الحسية المحيطية. للكشف عن إشارات الخطر ، يستخدم كلا النوعين من الخلايا مستقبلات التعرف على الأنماط المتخصصة (PRRs) التي تتعرف على الأنماط الجزيئية المرتبطة بالنمط (PAMPs) من مسببات الأمراض الغازية والأنماط الجزيئية المرتبطة بالتلف (DAMPs) من الخلايا المضيفة التالفة.

تعبر الخلايا العصبية الحسية عن مستقبلات شبيهة بمستقبلات DAMP / PAMP (TLRs) التي تشير بشكل غير قانوني من خلال الاقتران بالقنوات الأيونية لإحداث تعديل سريع لاستثارة الخلايا العصبية الحسية. يمكن للمستقبلات TLRs أيضًا تغيير استثارة الخلايا العصبية عبر مسار أساسي أبطأ بوساطة MyD88.

يمكن أن يؤدي التعديل بوساطة DAMP و PAMP لإثارة الخلايا العصبية الحسية المحيطية إلى إثارة الألم أو الحكة أو التسكين.

تشير قواعد البيانات الناشئة عن التنميط RNA-Seq للخلايا العصبية الحسية المحيطية إلى أنها تعبر عن العديد من PRRs الإضافية خارج TLRs.

يتم تنشيط الخلايا العصبية الحسية عن طريق المنبهات الفيزيائية والكيميائية ، مما يثير الأحاسيس مثل درجة الحرارة واللمس والألم والحكة. من منظور تطوري ، فإن استشعار الخطر ضروري لبقاء الكائن الحي. عند الإصابة والإصابة ، تستجيب الخلايا المناعية للأنماط الجزيئية المرتبطة بالعوامل الممرضة / الضرر (PAMPs / DAMPs) من خلال مستقبلات التعرف على الأنماط (PRRs) مثل مستقبلات Toll-like (TLRs) ، وتنتج وسطاء التهابات تنشط الخلايا العصبية الحسية من خلال الجهاز المناعي العصبي التفاعلات. تعبر الخلايا العصبية الحسية أيضًا عن TLRs و PRRs الأخرى التي تستشعر إشارات الخطر مباشرة بعد الإصابة أو أثناء العدوى ، مما يؤدي إلى الألم أو الحكة أو التسكين. بالإضافة إلى إشارات TLR المتعارف عليها بطيئة المفعول ، تعمل TLRs بشكل فريد في الخلايا العصبية الحسية من خلال الاقتران غير الكنسي بالقنوات الأيونية ، مما يتيح التعديل السريع للنشاط العصبي. نناقش كيف تستخدم الخلايا العصبية الحسية TLRs ومسارات PRR الأخرى لاكتشاف إشارات الخطر في بيئتها.


نموذج الشكل / القفل ونموذج المفتاح

يجادل هذا النموذج بأن جزيئات الرائحة ذات الأشكال المختلفة تتناسب مع مستقبلاتها الشمية المتوافقة ، على غرار الطريقة التي يتلاءم بها المفتاح مع القفل. وبالتالي ، فإن جزيئات الرائحة ذات الأشكال والأحجام المختلفة تتناسب مع مستقبلات مختلفة.

عندما يستقر الجزيء في المستقبل ، يرسل المستقبل إشارة إلى الدماغ ، وبالتالي نشم هذا الجزيء. يجب أن يعني هذا أن لدينا مستقبلًا واحدًا لكل رائحة نكتشفها.

ومع ذلك ، لدينا حوالي 300 نوع مختلف فقط من المستقبلات. يبدو الأمر كما لو أن لدينا 300 قفل ، ولكن الآلاف من المفاتيح التي تفتح جميعها قفلًا واحدًا على الأقل.

هذا يؤدي إلى نموذج الشكل الضعيف. (مصدر الصورة: gritsalak karalak / Shutterstock)

تقترح هذه النظرية أن كل مستقبل تم بناؤه ليلائم قسمًا واحدًا فقط من الجزيء ، بدلاً من الجزيء بأكمله. يمكننا أن نفترض أن الجزيئات ذات الهياكل الكيميائية المتشابهة (المجموعات الجزيئية المتشابهة) سترتبط بمستقبلات مماثلة وبالتالي تشم الرائحة على حد سواء ، حيث لا يمكن فتحها إلا من خلال المفاتيح المناسبة للقفل. على سبيل المثال ، فإن أي جزيء له رابطة كبريت وهيدروجين ستنبعث منه رائحة البيض الفاسد.

تتناسب هذه النظرية جيدًا مع الملاحظات ، ولكن هناك استثناءات يمكن تفسيرها. بعض الجزيئات التي تتكون من نفس المجموعات ، ولكنها مرتبة بشكل مختلف ، لها رائحة مختلفة تمامًا. على سبيل المثال ، الفانيلين (من لاتيه لدينا) تشبه رائحة الفانيليا ، لأن Isovanillin لها رائحة طبية كريهة.


العثور على الخلايا العصبية التي تتحكم في العطش

كيف نعرف متى نشعر بالعطش ومتى يشبع عطشنا؟ يتم تنظيم العطش بواسطة الخلايا العصبية في الدماغ ، والتي يمكن أن تحفز وتخنق الرغبة في الشرب. قام العلماء في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا الآن بتعيين دوائر الخلايا العصبية التي تتحكم في العملية في أدمغة الفئران. تقدم هذه الدراسة ، التي نُشرت في دورية Nature ، نظرة ثاقبة حول كيفية تنظيم الثدييات والبشر للعطش.

في دماغ الفأر ، من المعروف أن ثلاث مناطق متورطة في عطش SFO أو العضو تحت الجلد ، و OVLT أو عضوي الأوعية الدموية الصفيحة الطرفية ، و MnPO ، نواة ما قبل الجراحة. يقومون بإنشاء هيكل في الدماغ الأمامي مثل الصفيحة الطرفية الصفيحة (LT). في حين أن معظم مناطق الدماغ محمية خلف الحاجز الدموي الدماغي شبه المنيع ، يتفاعل SFO و OVLT مباشرة مع مجرى الدم في الماوس. وبالتالي ، يمكن للدماغ أن يشعر بمستويات الصوديوم في الدم ، مما يشير إلى مدى جودة ترطيب الجسم. هذا يجعل LT هو اللاعب الأساسي في استشعار مستويات الترطيب ، وبالتالي تنظيم العطش.

قاد هذا العمل يوكي أوكا ، الأستاذ المساعد في علم الأحياء ، الذي أظهر سابقًا أن المناطق في LT تحتوي على خلايا عصبية مثيرة يمكنها بدء الشرب عند تحفيزها. كشفت الدراسة ، التي نُشرت في دورية Nature ، عن كيفية قيام الأنواع المختلفة من الخلايا العصبية المثيرة في LT بتشكيل الدوائر التي تدفع الشرب.

تم العثور على منطقة MnPO ، على وجه الخصوص ، لتكون مركزية لتنظيم العطش. أولاً ، يمكن لـ SFO إرسال إشارات MnPO المثيرة ، لكن الإشارات لا تذهب في الاتجاه الآخر. بالإضافة إلى ذلك ، عندما يتم إسكات خلايا MnPO المثيرة ، فإن تحفيز SFO و OVLT لا يسبب الشرب. وهكذا يتم الكشف عن علاقة هرمية. يتم دمج إشارات العطش من SFO و OVLT في MnPO ، والتي ترسلها بعد ذلك لبدء الشرب.

& quot عندما تصاب بالجفاف ، قد تشرب الماء لعدة ثوان وتشعر بالرضا. ومع ذلك ، في هذه المرحلة ، لم يتم ترطيب دمك بعد: عادة ما يستغرق حوالي 10 إلى 15 دقيقة. لذلك ، لن يكون SFO و OVLT قادرين على اكتشاف معالجة الجفاف في الدم بعد وقت قصير من الشرب. ومع ذلك ، فإن الدماغ يعرف بطريقة أو بأخرى متى يتوقف عن الشرب حتى قبل أن يعاد ترطيب الجسم بالكامل ، كما قال أوكا.

بسبب التناقض بين إشارات الجفاف والشبع في الدماغ ، استنتج الباحثون أن الإشارة السريعة يجب أن تخنق سلوك الشرب.

علم الباحثون أن بعض الخلايا العصبية المثبطة في MnPO تستجيب على الفور لنشاط الشرب ، مما يثبط بشكل مباشر الخلايا العصبية المتعطشة لـ SFO. السائل ينشطها على وجه التحديد ، في حين أن المواد الصلبة لا & rsquot. واقترح الباحثون أن تناول السوائل تتم مراقبته عن طريق المثبط من خلال حركة الحلق أثناء البلع ، مما يثبط بدقة الخلايا العصبية الظمأ.

& quot عندما تشعر بالعطش حقًا وتبتلع السوائل بسرعة ، يتحرك الحلق بطريقة معينة تختلف عن تناول الطعام ، & quot & quot. نعتقد أن السكان المثبطين يستجيبون لهذه الحركة المتمثلة في تناول الماء بسرعة. & quot

على الرغم من أن الخلايا العصبية المثبطة في MnPO قد ترتبط بتثبيط العطش ، اقترح فريق البحث أن الدماغ لديه إشارات إضافية للشبع.

وقال أوكا إن الإشارات المثبطة التي اكتشفناها لا تنشط إلا أثناء عملية الشرب. ومع ذلك ، فإن الشعور بالشبع يدوم لفترة أطول. يشير هذا إلى أن الخلايا العصبية المثبطة لـ MnPO لا يمكن أن تكون المصدر الوحيد للشبع بالعطش. سيكون هذا موضوع الدراسة في المستقبل. & quot

كما حدد المحققون دائرة أخرى تشارك في تخفيف الشعور بالعطش. بينما كانت هذه النتائج في أدمغة الفئران ، هناك مناطق مماثلة في أدمغة الإنسان. لاحظ العلماء أنه قد توجد دائرة مماثلة في البشر.


العثور على الخلايا العصبية التي تتحكم في العطش

كيف نعرف متى نشعر بالعطش ومتى يشبع عطشنا؟ يتم تنظيم العطش بواسطة الخلايا العصبية في الدماغ ، والتي يمكن أن تحفز وتخنق الرغبة في الشرب. قام العلماء في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا الآن بتعيين دوائر الخلايا العصبية التي تتحكم في العملية في أدمغة الفئران. تقدم هذه الدراسة ، التي نُشرت في مجلة Nature ، نظرة ثاقبة حول كيفية تنظيم الثدييات والبشر للعطش.

في دماغ الفأر ، من المعروف أن ثلاث مناطق متورطة في عطش SFO أو العضو تحت الجلد ، و OVLT أو عضوي الأوعية الدموية الصفيحة الطرفية ، و MnPO ، نواة ما قبل الجراحة. يقومون بإنشاء هيكل في الدماغ الأمامي مثل الصفيحة الطرفية (LT). في حين أن معظم مناطق الدماغ محمية خلف الحاجز الدموي الدماغي شبه المنيع ، يتفاعل SFO و OVLT مباشرة مع مجرى الدم في الماوس. وبالتالي ، يمكن للدماغ أن يشعر بمستويات الصوديوم في الدم ، مما يشير إلى مدى جودة ترطيب الجسم. هذا يجعل LT هو اللاعب الأساسي في استشعار مستويات الترطيب ، وبالتالي تنظيم العطش.

قاد هذا العمل يوكي أوكا ، الأستاذ المساعد في علم الأحياء ، الذي أظهر سابقًا أن المناطق في LT تحتوي على خلايا عصبية مثيرة يمكنها بدء الشرب عند تحفيزها. كشفت الدراسة ، التي نُشرت في دورية Nature ، عن كيفية قيام الأنواع المختلفة من الخلايا العصبية المثيرة في LT بتشكيل الدوائر التي تدفع الشرب.

تم العثور على منطقة MnPO ، على وجه الخصوص ، لتكون مركزية لتنظيم العطش. أولاً ، يمكن لـ SFO إرسال إشارات MnPO المثيرة ، لكن الإشارات لا تذهب في الاتجاه الآخر. بالإضافة إلى ذلك ، عندما يتم إسكات خلايا MnPO المثيرة ، فإن تحفيز SFO و OVLT لا يسبب الشرب. وهكذا يتم الكشف عن علاقة هرمية. يتم دمج إشارات العطش من SFO و OVLT في MnPO ، والتي ترسلها بعد ذلك لبدء الشرب.

& quot عندما تصاب بالجفاف ، قد تشرب الماء لعدة ثوان وتشعر بالرضا. ومع ذلك ، في هذه المرحلة ، لم يتم ترطيب دمك بعد: عادة ما يستغرق حوالي 10 إلى 15 دقيقة. لذلك ، لن يتمكن SFO و OVLT من اكتشاف معالجة الجفاف في الدم بعد وقت قصير من الشرب. ومع ذلك ، فإن الدماغ يعرف بطريقة ما متى يتوقف عن الشرب حتى قبل أن يعاد ترطيب الجسم بالكامل ، كما قال أوكا.

بسبب التناقض بين إشارات الجفاف والشبع في الدماغ ، استنتج الباحثون أن الإشارة السريعة يجب أن تخنق سلوك الشرب.

علم الباحثون أن بعض الخلايا العصبية المثبطة في MnPO تستجيب على الفور لنشاط الشرب ، مما يثبط بشكل مباشر الخلايا العصبية المتعطشة لـ SFO. السائل ينشطها على وجه التحديد ، في حين أن المواد الصلبة لا & rsquot. واقترح الباحثون أن تناول السوائل تتم مراقبته عن طريق المثبط من خلال حركة الحلق أثناء البلع ، مما يثبط بدقة الخلايا العصبية الظمأ.

& quot عندما تشعر بالعطش حقًا وتبتلع السوائل بسرعة ، يتحرك الحلق بطريقة معينة تختلف عن تناول الطعام ، & quot & quot. نعتقد أن السكان المثبطين يستجيبون لهذه الحركة المتمثلة في تناول الماء بسرعة. & quot

على الرغم من أن الخلايا العصبية المثبطة في MnPO قد ترتبط بتثبيط العطش ، اقترح فريق البحث أن الدماغ لديه إشارات إضافية للشبع.

وقال أوكا إن الإشارات المثبطة التي اكتشفناها لا تنشط إلا أثناء عملية الشرب. ومع ذلك ، فإن الشعور بالشبع يدوم لفترة أطول. يشير هذا إلى أن الخلايا العصبية المثبطة لـ MnPO لا يمكن أن تكون المصدر الوحيد للشبع بالعطش. سيكون هذا موضوع الدراسة في المستقبل. & quot

كما حدد المحققون دائرة أخرى تشارك في تخفيف الشعور بالعطش. بينما كانت هذه النتائج في أدمغة الفئران ، هناك مناطق مماثلة في أدمغة الإنسان. لاحظ العلماء أنه قد توجد دائرة مماثلة في البشر.


إدراك العمق

تصور العمق القدرة على إدراك الفضاء ثلاثي الأبعاد والحكم بدقة على المسافة. بدون إدراك العمق ، لن نكون قادرين على قيادة السيارة ، أو خيط إبرة ، أو ببساطة التنقل في طريقنا حول السوبر ماركت (Howard & amp Rogers ، 2001). لقد وجدت الأبحاث أن إدراك العمق يعتمد جزئيًا على القدرات الفطرية ويتم تعلمه جزئيًا من خلال التجربة (ويذرينجتون ، 2005).

اختبر علماء النفس إليانور جيبسون وريتشارد ووك (1960) القدرة على إدراك العمق عند الرضع الذين تتراوح أعمارهم بين 6 و 14 شهرًا عن طريق وضعهم على جرف بصري ، آلية تعطي تصورًا لانخفاض خطير ، حيث يمكن اختبار الأطفال بأمان من أجل إدراكهم للعمق (الشكل 4.22 & # 8220Visual Cliff & # 8221). وُضِع الأطفال على جانب من "الجرف" ، بينما تناديهم أمهاتهم من الجانب الآخر. وجد جيبسون ووك أن معظم الأطفال إما زحفوا بعيدًا عن الجرف أو بقوا على اللوح وبكوا لأنهم أرادوا الذهاب إلى أمهاتهم ، لكن الأطفال لاحظوا فجوة لم يتمكنوا غريزيًا من عبورها. وجدت أبحاث أخرى أنه حتى الأطفال الصغار جدًا الذين لا يستطيعون الزحف بعد يخشون المرتفعات (Campos، Langer، & amp Krowitz، 1970). من ناحية أخرى ، وجدت الدراسات أيضًا أن الأطفال يحسنون التنسيق بين اليد والعين عندما يتعلمون فهم الأشياء بشكل أفضل وعندما يكتسبون المزيد من الخبرة في الزحف ، مما يشير إلى أن إدراك العمق يتم تعلمه أيضًا (Adolph ، 2000).

إدراك العمق هو نتيجة استخدامنا لإشارات العمق ، رسائل من أجسادنا ومن البيئة الخارجية تزودنا بمعلومات عن الفضاء والمسافة. منبهات عمق مجهر هي إشارات العمق التي يتم إنشاؤها عن طريق تباين صورة الشبكية - أي المسافة بين أعيننا ، وبالتالي تتطلب التنسيق بين كلتا العينين. تتمثل إحدى نتائج التباين في الشبكية في أن الصور المعروضة على كل عين تختلف قليلاً عن بعضها البعض. تدمج القشرة المرئية الصورتين تلقائيًا في صورة واحدة ، مما يمكننا من إدراك العمق. تستفيد الأفلام ثلاثية الأبعاد من التباين الشبكي باستخدام نظارات ثلاثية الأبعاد يرتديها المشاهد لإنشاء صورة مختلفة لكل عين. يحول النظام الإدراكي التباين بسرعة وسهولة ودون وعي إلى ثلاثي الأبعاد.

من أهم إشارات العمق ثنائية العينين التقارب ، الانعطاف الداخلي لأعيننا المطلوب للتركيز على الأشياء التي تبعد عنا بحوالي 50 قدمًا. تستخدم القشرة البصرية حجم زاوية التقارب بين العينين للحكم على مسافة الجسم. ستكون قادرًا على الشعور بتقارب عينيك إذا اقتربت إصبعك ببطء من أنفك مع الاستمرار في التركيز عليه. عندما تغلق عين واحدة ، لم تعد تشعر بالتوتر - التقارب هو إشارة عمق مجهر تتطلب عمل كلتا العينين.

يستخدم النظام البصري أيضًا الإقامة للمساعدة في تحديد العمق. نظرًا لأن العدسة تغير انحناءها للتركيز على الأشياء البعيدة أو القريبة ، فإن المعلومات المنقولة من العضلات المرتبطة بالعدسة تساعدنا في تحديد مسافة الجسم. لا يكون السكن فعالًا إلا في مسافات المشاهدة القصيرة ، ومع ذلك ، فبينما يكون مفيدًا عند إدخال إبرة أو ربط أربطة الحذاء ، فإنه يكون أقل فاعلية عند القيادة أو ممارسة الرياضة.

على الرغم من أن أفضل إشارات العمق تحدث عندما تعمل كلتا العينين معًا ، إلا أننا قادرون على رؤية العمق حتى مع إغلاق عين واحدة. إشارات العمق الأحادي هي إشارات العمق التي تساعدنا على إدراك العمق باستخدام عين واحدة فقط (سيكولر وأمب بليك ، 2006). تم تلخيص بعض من أهمها في الجدول 4.2 & # 8220 إشارات العمق الأحادي التي تساعدنا في الحكم على العمق على مسافة & # 8221.

الجدول 4.2 إشارات العمق الأحادي التي تساعدنا في الحكم على العمق عن بعد


كيف تعمل حاسة الشم؟

الرائحة هي إحساس مباشر للغاية. لكي تشم رائحة شيء ما ، الجزيئات من هذا الشيء يجب أن يصل إلى أنفك. لذلك فإن كل ما تشتمه هو عبارة عن جزيئات - سواء كانت خبزًا في المخبز أو بصلًا أو عطرًا أو قطعة فاكهة أو أي شيء آخر. هذه الجزيئات خفيفة بشكل عام ، متقلب (من السهل أن تتبخر) المواد الكيميائية التي تطفو عبر الهواء إلى أنفك. قطعة الفولاذ ليس لها رائحة لأن لا شيء يتبخر منها - الفولاذ مادة صلبة غير متطايرة.

في الجزء العلوي من الممرات الأنفية خلف أنفك ، توجد رقعة خاصة الخلايا العصبية حول حجم طابع بريدي. هذه الخلايا العصبية فريدة من نوعها من حيث أنها في العراء حيث يمكن أن تتلامس مع الهواء. لديهم إسقاطات تشبه الشعر تسمى أهداب التي تزيد من مساحة سطحها. يرتبط جزيء الرائحة بهذه الأهداب لتحفيز الخلايا العصبية وتسبب لك إدراك الرائحة.

وفقًا لكتاب البيولوجيا الجزيئية للخلية:

كل من مئات المستقبلات يتم ترميزه بواسطة جين معين. إذا كان الحمض النووي الخاص بك ينقصه أحد الجينات أو في حالة تلف الجين ، فقد يتسبب ذلك في عدم قدرتك على اكتشاف رائحة معينة. على سبيل المثال ، لا يشعر بعض الناس برائحة الكافور.

عندما تشم الكثير من الفواكه أو الزهور ، فإن ما تشمه هو استرات يتبخر من الفاكهة أو الزهرة. الإسترات هي جزيئات عضوية. على سبيل المثال ، يُطلق على الإستر الذي يعطي موزًا رائحته إيزو أميل أسيتات ، والصيغة الخاصة به هي CH3COOC5ح11. تأتي الرائحة الأولية للبرتقال من أسيتات الأوكتيل أو CH3COOC8ح17. يمكن الآن صنع الإسترات بشكل مصطنع ، ومن هنا تأتي النكهات الاصطناعية.


عملية عالية السرعة

يحتوي الدماغ البشري العادي على حوالي 120 مليار خلية عصبية ، والتي تتلقى وترسل المعلومات باستمرار من خلال الزوائد الشبيهة بالفروع تسمى التشعبات. تنتج الإشارات الكيميائية أو الكهربائية التي تصل إلى التشعبات تغيرات صغيرة في الجهد عبر غشاء الخلية ، والتي يتم توجيهها إلى جسم الخلية. عندما يصل مجموع تغيرات الجهد إلى نقطة اللاعودة ، تسمى العتبة ، يطلق العصبون ارتفاعًا كهربائيًا كبيرًا - وهو جهد فعل. تتأجج هذه الهزة بسرعات تصل إلى 150 مترًا في الثانية على طول فرع عصبي ، يُعرف باسم المحور العصبي ، إلى مجموعة أخرى من الزوائد المتفرعة. هنا ، تمرر الإشارات الكيميائية أو الكهربائية المعلومات إلى المجموعة التالية من التشعبات.

100 خفاش ونفق طويل مظلم: سعي عالم أعصاب لكشف أسرار التنقل ثلاثي الأبعاد

تتقارب الإشارات العصبية وتتباعد وتتزامن لإنتاج سيمفونية من الأفكار والعواطف والأفعال وردود الفعل ، من تدفق الوجه إلى الفواق عند الطفل. لكن أدوات الاستماع للعلماء محدودة للغاية. تم تطوير أقطاب كهربائية مصغرة لأول مرة في الأربعينيات من القرن الماضي ، ويمكن إدخال أقطاب كهربائية مصغرة رقيقة مثل الشعرة في الدماغ ، مقابل الخلايا العصبية أو داخلها ، حيث تقيس جهد الغشاء بدقة وسرعة. ولكن يمكن استخدام هذا النهج لمراقبة خلية واحدة أو عدد قليل من الخلايا العصبية في وقت واحد - ولفترة محدودة فقط ، لأن الأقطاب الكهربائية تتلف الخلية في النهاية. إنها مثل محاولة الحصول على جوهر ترتيب أوركسترا من خلال متابعة لاعب واحد لبضع ثوان.

يمكن لحزم من الأقطاب الكهربائية الدقيقة تسجيل النشاط الكهربائي لما يصل إلى 200 خلية في وقت واحد ، ولكن نظرًا لوضع هذه الأقطاب بالقرب من الخلايا العصبية بدلاً من داخلها ، يمكنها فقط اكتشاف جهود الفعل ، وهي أشد ارتفاعات في النشاط الكهربائي. إنها صماء عند سماع النغمات الأكثر ليونة - التغييرات الكهربائية الصغيرة التي لا تدفع العصبون إلى أقصى حد ممكن للعمل. هذه التغييرات في الجهد دون العتبة هي مفتاح لوظيفة الدماغ ، لأنها تتراكم تدريجياً لتحديد ما إذا كانت الخلية العصبية ستنطلق أم لا.

على أمل قياس نشاط الدماغ الأكثر هدوءًا في مجموعات أكبر من الخلايا ، بدأ العلماء في الستينيات في اللعب بفكرة جهاز استشعار أو مسبار يتألق استجابةً لإشارة كهربائية. تضيء أكثر المجسات شيوعًا ، والتي تسمى مؤشرات الكالسيوم ، عندما ترتبط بالكالسيوم الذي يتدفق إلى الخلايا العصبية نتيجة لارتفاع النشاط الكهربائي. لكن هذه التقنية ، المعروفة باسم تصوير الكالسيوم ، توفر فقط وكيلًا لا يسجل بشكل مباشر جهد الغشاء. وعلى الرغم من أنه سيُظهر إشارة الأحداث الكبيرة مثل جهود الفعل ، إلا أنه يفتقد إلى الأشياء المهمة لوظيفة الدماغ ، مثل التقلبات الطفيفة في جهد الغشاء أو الإشارات الكهربائية التي تثبط إمكانات الفعل. تخيل أن تكون قادرًا على سماع موجة من التصفيق فقط بعد حفلة سيمفونية: من الواضح أن الأوركسترا قد قدمت أداءً ، ولكن ما كانت تعزفه هو تخمين أي شخص.

في سبعينيات القرن الماضي ، بدأ العلماء في تطوير مستشعرات صبغية تكتشف التغيرات في جهد الغشاء مباشرة. كان لابد من رسم النسخ الأولى من هذه الأصباغ على الدماغ دون تمييز ، لذلك قاموا بتسمية جميع أنواع الخلايا ، بما في ذلك الخلايا غير العصبية ، مما يجعل من الصعب تحليل نشاط الخلايا العصبية المحددة.

بعد ذلك ، في التسعينيات ، بدأ الباحثون باختبار المؤشرات التي يمكن تعديلها وراثيًا لتظهر فقط في الخلايا العصبية ذات الأهمية. تم تطوير أول 3 مؤشرات جهد مشفر جينيًا (GEVI) في عام 1997 منذ ذلك الحين ، وقد أنتج العلماء أكثر من عشرين جهاز استشعار 4. يتم تصنيع بعضها عن طريق الجمع بين بروتين حساس للجهد وجزيئات الفلورسنت (انظر "نكهات التألق"). عندما تكتشف هذه البروتينات تغيرًا في الجهد ، فإنها تغير بنيتها ثلاثية الأبعاد وتغير تألق الجزيء الذي تقترن به. مؤشرات الجهد الأخرى هي نسخ متحولة من الميكروبات رودوبسين ، وهي جزيئات الفلورسنت التي تسبب تغيرًا في الجهد عبر غشاء البلازما استجابة للضوء. يمكن أن تعمل هذه البروتينات أيضًا في الاتجاه المعاكس ، وتغير استجابتها للضوء - وبالتالي مضانها - استجابة لتغير في جهد الغشاء.


كيف تخبرنا أدمغتنا أننا عطشان؟

دراسة جديدة ترسم خرائط لدوائر الدماغ التي تخبرنا عندما نحتاج إلى شرب الماء ، وكذلك عندما يكون لدينا ما يكفي. كشف البحث عن التسلسل الهرمي العصبي عن طريق تحفيز وقمع الرغبة في الشرب لدى الفئران.

نحتاج جميعًا إلى الماء ، ولكن كيف تخبرنا أدمغتنا أن وقت الشرب قد حان؟

الشعور بالعطش هو إحساس مألوف لدى الجميع وكل حيوان.

إنها تجربة شائعة لدرجة أن القليل منا يفكر فيها. لكن علماء الأعصاب مفتونون به.

فيما يتعلق ببقاء الكائن الحي ، فإن العطش مهم للغاية. فالحيوان الذي لا يتناول السوائل عندما يحتاج إليها لن يبقى على قيد الحياة لفترة طويلة.

بدون الماء ، ستختفي معظم العمليات داخل الجسم ، وفي البشر ، يتبع الموت في عدد قليل من الأيام.

على الرغم من أن فكرة أن أدمغتنا يمكنها اكتشاف مستويات الماء في الجسم وتحفيز رغبتنا في الشرب ليست جديدة ، إلا أن علم الأعصاب الذي يقف وراءها لا يتجسد إلا ببطء.

تم إجراء أحدث دراسة للتحقيق في آلية العطش بواسطة يوكي أوكا ، الأستاذ المساعد في علم الأحياء في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في باسادينا ، كاليفورنيا. تم نشر النتائج هذا الأسبوع في طبيعة سجية .

تم بالفعل بعض العمل في هذا المجال. أظهرت الدراسات أن الهيكل الشبيه بالصفائح في الدماغ الأمامي ، الصفيحة الطرفية (LT) ، مهم في تنظيم العطش. يتكون LT من ثلاثة أجزاء: عضوي الأوعية الدموية الصفيحة الطرفية (OVLT) ، والعضو تحت القرني (SFO) ، والنواة المتوسطة قبل الجراحة (MnPO).

يتم فصل غالبية الدماغ عن مجرى الدم بواسطة الحاجز الدموي الدماغي. إلى جانب الأدوار الأخرى ، يحمي هذا الغشاء الدماغ من مسببات الأمراض ، مثل البكتيريا. لكن SFO و OVLT غير عاديين ، فهم لا يحميهم الحاجز الدموي الدماغي ويمكنهم الاتصال مباشرة بمجرى الدم.

هذا الاتصال المباشر مع الدم يسمح لهم بتقييم تركيز الصوديوم ، وبالتالي فإن "ملوحة" الدم هي مؤشر جيد على مدى رطوبة الحيوان.

أظهر العمل السابق بالفعل أن LT تحتوي على خلايا عصبية مثيرة. عندما يتم تحفيزها في فأر ، فإنها تثير سلوك الشرب.

في هذه الدراسة الجديدة ، وجد العلماء أن MnPO مهم بشكل خاص ، حيث تتلقى النواة مدخلات مثيرة من SFO ولكن ليس العكس.

لقد أظهروا أنه عندما يتم إسكات الخلايا العصبية المثيرة للـ MnPO وراثيًا ، فإن تحفيز SFO أو OVLT لم يعد ينتج سلوك الشرب في الفئران.

هذه الدراسة هي الأولى التي تصف التنظيم الهرمي لـ LT: يجمع MnPO المعلومات من SFO و OVLT ويمررها إلى مراكز الدماغ الأخرى لتحفيز نشاط الشرب.

يذهب العلماء أيضًا إلى حد ما للإجابة على سؤال آخر يتعلق بسلوك الشرب: كيف نعرف متى نتوقف؟ يشرح البروفيسور أوكا اللغز ، قائلاً: "عندما تصاب بالجفاف ، قد تشرب الماء لعدة ثوانٍ ، وتشعر بالرضا".

ويضيف: "ومع ذلك ، في هذه المرحلة ، لم يتم ترطيب دمك بعد: عادة ما يستغرق حوالي 10 إلى 15 دقيقة. لذلك ، لن يكون SFO و OVLT قادرين على اكتشاف معالجة الجفاف في الدم بعد وقت قصير من الشرب. ومع ذلك ، فإن الدماغ يعرف بطريقة ما متى يتوقف عن الشرب حتى قبل إعادة ترطيب الجسم بالكامل ".

هذا يشير إلى وجود إشارة أخرى أسرع تخبر الدماغ بالتوقف عن الشرب. أظهرت الدراسات أن الخلايا العصبية المثيرة في LT تهدأ عندما يبدأ الفأر في الشرب ، لكن كيفية حدوث ذلك بالضبط غير معروفة.

أظهر البروفيسور أوكا وفريقه أن الخلايا العصبية المثبطة في MnPO تستجيب للفعل البدني للشرب وتثبيط النشاط في الخلايا العصبية العطشى SFO. ومن المثير للاهتمام أن الخلايا العصبية المثبطة تؤدي وظيفتها فقط استجابةً لابتلاع السوائل - وليس الطعام.

وهم يعتقدون أن هذا التمييز بين السوائل والمواد الصلبة ممكن من خلال مراقبة حركة البلعوم ، وهو جزء من الحلق يشارك في آلية البلع. يختلف نشاطه عند الشرب عن الأكل.

"عندما تشعر بالعطش حقًا وتبتلع السوائل بسرعة ، يتحرك الحلق بطريقة معينة تختلف عن تناول الطعام. نعتقد أن السكان المثبطين يستجيبون لهذه الحركة المتمثلة في تناول الماء بسرعة ".

مؤلف الدراسة الرئيسي فينيت أوغسطين ، طالبة دراسات عليا

تضيف النتائج إلى فهمنا لشبكة التفاعلات المعقدة التي تخبرنا عندما نحتاج إلى الشرب. ولكن وفقًا لمؤلفي الدراسة ، لا يزال هناك الكثير لنتعلمه.

كما يوضح البروفيسور أوكا ، "الإشارات المثبطة التي اكتشفناها تنشط فقط أثناء عملية الشرب. ومع ذلك ، فإن الشعور بالشبع يدوم لفترة أطول. يشير هذا إلى أن الخلايا العصبية المثبطة لـ MnPO لا يمكن أن تكون المصدر الوحيد للشبع بالعطش. "

"سيكون هذا موضوع الدراسة في المستقبل."

بالطبع ، أجريت الدراسة على الفئران ، ولكن يمكن العثور على مناطق مماثلة في دماغ الإنسان. لذلك يعتقد الباحثون أن النتائج تنطبق علينا أيضًا.


هاجس الخلايا العصبية # 8217s يلمح إلى بيولوجيا الفكر

اكتشف الباحثون أنه في الشبكة العصبية الواسعة للدماغ ، فإن بعض الخلايا ، لاستخدام مصطلح تقني ، هي تجمعات من المشاهير.

اكتشف فريق من العلماء ، في عمق أدمغة البشر ، خلية عصبية أثارها رونالد ريغان فقط ، وخلية أخرى مغرمة بالممثلة هالي بيري وثالثة مخصصة للأم تيريزا فقط. باختبار خلايا عصبية بشرية أخرى ، حددوا خلية دماغية تفضل مشاهدة حلقة من مسلسل & # 8220 The Simpsons & # 8221 بدلاً من Madonna.

بمعنى ما ، هذه النتائج مجرد ضوضاء. لقد نشأت من تسجيلات نادرة للنشاط الكهربائي في خلايا الدماغ ، تم جمعها من قبل علماء الأعصاب في جامعة كاليفورنيا ، لوس أنجلوس ، خلال عقد من التجارب مع مرضى ينتظرون جراحة الدماغ لصرع حاد. ومع ذلك ، أعطت هذه الوخزات الكهربائية للباحثين الفرصة لتحديد موقع الخلايا العصبية التي تساعد في ربط تصوراتنا وذكرياتنا ووعينا الذاتي.

في أحدث أعمالهم هذا العام ، أفاد فريق البحث أن خلية عصبية بشرية واحدة يمكنها التعرف على شخصية من خلال الصور أو النص أو صوت الاسم & # 8212 بغض النظر عن كيفية تقديم هذا الشخص. في الاختبارات ، استجابت خلية دماغية فقط لأوبرا وينفري وأخرى فقط مع لوك سكاي ووكر نجم كرة القدم الأرجنتيني دييجو مارادونا.

يبدو أن كل خلية عصبية تجمع أجزاء من المعلومات الحسية معًا في انطباع عقلي واحد. يعتقد الباحثون أن هذه الخلايا هي دليل على أن الأمر لا يتطلب سوى دائرة بسيطة من الخلايا العصبية لتشفير فكرة أو إدراك أو ذاكرة.

& # 8220 هذه الخلايا العصبية ستطلق النار على الشخص بغض النظر عن الطريقة التي تقدمها بها ، & # 8221 يقول المهندس الحيوي رودريغو كويان كيروجا في المملكة المتحدة & # 8217s جامعة ليستر الذي درس الخلايا العصبية مع زملائه في جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس ومعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا. & # 8220 كل ما نقوم به ، كل ما نعتقده ، كل ما نراه مشفر بواسطة الخلايا العصبية. كيف الخلايا العصبية في دماغنا تخلق كل تصوراتنا عن العالم ، كل عواطفنا ، كل تفكيرنا؟ & # 8221

في أبسط صورها ، الخلايا العصبية هي خلية عصبية ، واحدة من أعداد لا تعد ولا تحصى التي تشكل نظامنا العصبي المركزي. يمكن لكل خلية إرسال واستقبال الإشارات الكهروكيميائية التي تشحن أفكارنا وعواطفنا.

في المتوسط ​​، يوجد عدد أكبر من الخلايا العصبية في دماغ الإنسان أكثر من عدد المجرات في الكون المعروف & # 8212 حوالي 100 مليار في المجموع ، مرتبة على سقالة من تريليون أو نحو ذلك من الخلايا الدبقية الشبيهة بالخيوط. تتسابق إلهامنا عبر آلاف الأميال من الألياف العصبية والمحاور العصبية مضغوطة لدرجة أن شبكتنا العصبية بأكملها ليست أكبر من جوز الهند. لا يوجد دماغان متشابهان ، ولا حتى عقول التوائم المتطابقة.

بالنسبة لهؤلاء الباحثين ، الخلايا العصبية هي لبنات الليغو للدماغ & # 8212 مجموعة بناء يمكن أن تتجمع ذاتيًا في كاتدرائية فكرية. يقول كريستوف كوخ ، عالم الفيزياء الحيوية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، كريستوف كوخ ، الذي يدرس الأساس البيولوجي للوعي ، إن فكرة العدالة قد نشأت على الأرجح من مجموعة صغيرة من الخلايا العصبية التي تطلق إشارات. & # 8220 يجب أن يكون صحيحًا في كل الأشياء التي نفكر فيها & # 8230 الرقم pi & # 8230 الله. & # 8221

من بعض النواحي ، يتصرف كل خلية عصبية كما لو كان لها عقل خاص بها. البعض يطلق النار فقط عندما يرون خطًا مستقيمًا ، والبعض الآخر فقط عندما يكتشفون الزاوية اليمنى. تتشكل خلايا عصبية جديدة كل يوم. لا أحد يعرف كيف يمكن للخلايا ترميز فكرة معقدة أو كيف يمكن للعديد من الخلايا العصبية أن تصنع عقلًا.

اقتراحات للقراءة

في طبعة أغسطس من Current Biology ، أبلغ باحثون في UCLA و Caltech وجامعة ليستر عن مشاهدة المشاهير بين الخلايا العصبية البشرية في & # 8220 التشفير الصريح للتصورات متعددة الوسائط بواسطة الخلايا العصبية المفردة في الدماغ البشري. & # 8221

أفاد باحثون في معهد وايزمان للعلوم أن هذه الخلايا العصبية كانت حاسمة في ذكرياتنا عن الأشخاص والأماكن والأشياء في & # 8220 إعادة التنشيط المولدة داخليًا للخلايا العصبية المفردة في الحصين البشري أثناء الاستدعاء المجاني ، & # 8221 المنشورة في العلوم.

في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم ، أظهر الباحثون كيف تعكس الخلايا العصبية إدراكنا الواعي للأشخاص والأماكن والأشياء المألوفة في & # 8220 استجابات الخلايا العصبية البشرية المفردة على عتبة التعرف الواعي. & # 8221

في تقرير في دورية Nature ، حدد الباحثون الخلايا العصبية التي تستجيب للمشاهير والمعالم في & # 8220 التمثيل المرئي المتباين بواسطة الخلايا العصبية المفردة في الدماغ البشري. & # 8221

يستكشف عالم الأعصاب كريستوف كوخ من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا التحدي البحثي الذي تطرحه بيولوجيا الفكر الواعي في & # 8220 البحث عن الوعي: نهج بيولوجي عصبي. & # 8221

الحائز على جائزة نوبل جيرالد إم إيدلمان وعالم الأعصاب جوليو تونوني يفكرون في علم الأحياء والوعي في عالم الوعي & # 8220A كيف تصبح المادة خيالًا. & # 8221

يأتي معظم ما تعلمناه عن البيولوجيا العصبية الخاصة بهم من خلال دراسات التصوير أو تحليل ما بعد الذبح أو التجارب على الحيوانات. Under normal circumstances, researchers can’t directly probe the cells of an awake, living human brain for ethical reasons.

In 1997, though, UCLA neurosurgeon Itzhak Fried and his colleagues started studying epilepsy patients who, as part of normal preparation for surgery, have electrodes implanted deep in their brain tissue. These electrodes are used to record neural activity that could identify the source of the patients’ intractable seizures. They also detect the activity of healthy cells around the electrodes, which gives the scientists an opportunity to study the biology of perception and memory. “This really offers us a glimpse into the human mind,” says Dr. Fried.

In five provocative experiments since 2005, the researchers used pictures of famous faces and places to screen neurons in brain areas that gather information from all our senses about a person or place we know and blend them into a long-term memory.

To start, Dr. Fried and his colleagues showed eight epilepsy patients 80 images of celebrities, animals, common objects and landmarks while recording the electrical activity of neurons wired to electrodes. They flashed each image for a second, shuffled the sequence into random order and then repeated it. They did that six times.

“You would present hundreds of stimuli — faces or celebrities or famous landmarks — and the neuron would respond to only one or two,” Dr. Fried says. “The incredible specificity was striking.”

In the magazine rack of the mind, some cover girls have a neuron all their own. Testing one patient, the researchers found a neuron that reacted instantly when shown almost any picture of Jennifer Aniston. This cell ignored other celebrities. It gave the cold shoulder to pictures of the actress with her former husband Brad Pitt. “The cells seemed to respond to the idea of Jennifer Aniston,” says Dr. Koch.

Testing a second patient, the researchers found a neuron that responded only to Halle Berry. The cell’s electrical activity jumped no matter how the actress was posed or how she was dressed. Again, this neuron showed no interest in other celebrities or to any other images of common objects or places.

Subsequent tests turned up single neurons in patients that fired selectively to pictures of former President Bill Clinton, The Beatles, or basketball player Michael Jordan. Each of these individual neurons behaved in a way that made the researchers believe that the cell was responding to a distillation of experience. “The neuron is responding to a concept, not a picture,” says Dr. Quian Quiroga. Moreover, each neuron acted as a trigger for recalling the concept they helped encode.

During a follow-up study at UCLA last year, the researchers showed 13 new volunteers wired to neural electrodes a set of 48 short video segments. In part, they wanted to see if neurons attuned any differently to moving pictures and changing scenery.

In fact, some cells did respond strongly to one video clip but not to others. In one patient, the researchers found a neuron that acted up only to The Simpsons cartoon series. “The neuron would spring to life when you showed the video of The Simpsons,” says Dr. Fried.

To be sure, few of us likely have a special brain cell devoted to Jennifer Aniston or Homer Simpson. Our cells are sensitive to more than brand names. They can attune themselves quickly to new people or places, often within a day. While monitoring one new patient’s brain, Dr. Quian Quiroga was surprised to encounter a neuron that already had him in mind.

“Suddenly,” he says, “I find a neuron firing in response to me.”


شاهد الفيديو: الخلية العصبية تركيبها - انواعها (ديسمبر 2022).