نورون ها (Neurons) سلول‌های پایه‌ی سیستم عصبی بدن ما هستند. همه‌ی انواع فعالیت‌هایی که ما انجام می‌دهیم (چه فعالیت‌های فیزیکی و چه فعالیت‌های ذهنی، حسی و …) به ارتباط بین نورون‌های سیستم عصبی ما بستگی دارد و هر گونه اختلال در این سلول‌ها و نحوه ارتباط آن‌ها با یکدیگر به انواع بیماری‌های سیستم عصبی مانند آلزایمر، پارکینسون، هانتینگتون و … منجر می‌شود. ما در این مقاله درباره زندگی نورون‌ها صحبت می‌کنیم. فهرست مطالب ارائه‌شده به صورت زیر است:
- مقدمه
- ساختار نورون
- زایش نورن‌ها
- نقل مکان و مهاجرت نورون
- تمایز نورونی
- مرگ نورون‌ها
- تحقیقات نویدبخش
با ما همراه باشید و در انتها نظرات و پیشنهادات خود را در قسمت دیدگاه‌ها با ما و دیگران به اشتراک بگذارید 🙂
مقدمه
تا همین اواخر، اکثر دانشمندان علوم اعصاب (neuroscientists) تصور می‌کردند که ما با همه‌ی نورن‌هایی (سلول‌های عصبی) که داریم متولد می‌شویم. در دوران کودکی ما ممکن است مغز ما نورون‌های جدیدی را برای کمک به ساخت مسیرهایی که مدارهای عصبی (neural circuits) نامیده می‌شوند تولید کند. این مدارهای عصبی درواقع به عنوان شاهراه‌های اطلاعاتی بین مناطق مختلف مغزمان عمل می‌کنند. اما قبلاً دانشمندان معتقد بودند وقتی که یک مدار عصبی در مغز ما ایجاد شد، افزودن نورون‌های جدید در این مدار، جریان اطلاعات را مختل کرده و سیستم ارتباطی مغز را دچار مشکل می‌کند.
در سال 1962، دانشمندی به نام جوزف آلتمن وقتی شواهدی از نورون‌زایی (تولید نورون‌های جدید) در ناحیه‌ای به نام هیپوکامپ در مغیز موش‌های بالغ مشاهده کرد، این تصور قدیمی را به چالش کشید. او بعداً گزارش کرد که نورون‌های تازه متولدشده از محل تولید خود در هیپوکامپ به سایر قسمت‌های مغز مهاجرت کرده‌اند. در سال 1979، دانشمند دیگری به نام مایکل کاپلان، یافته‌های آلتمن در مغز موش را تایید کرد.
این اکتشافات درمورد نورون‌زایی در مغز بزرگسالان، برای سایر محققانی که تصور نمی‌کردند این یافته‌ها درمورد مغز انسان‌ها هم حقیقت داشته باشد شگفت‌انگیز بود. اما در اوایل دهه 1980، دانشمندی که سعی داشت نحوه آواز خواندن پرندگان را بفهمد، به دانشمندان مغز و اعصاب پیشنهاد کرد که به بررسی مجدد نورون‌زایی در مغز بزرگسالان بپردازند و ببینند که آیا این موضوع حقیقت دارد یا نه و چگونه می‌تواندت اتفاق بیفتد. در مجموعه‌ای از آزمایشات، فرناندو ناتبوهم و تیم تحقیقاتی او نشان دادند که تعداد سلول‌های عصبی در بخش قدامی مغز قناری نر در فصل جفت‌گیری به طور چشم‌گیری افزایش یافته است. درواقع این همان زمانی بود که قناری‌های نر می‌خواستند برای جذب قناری‌های ماده آهنگ‌های جدیدی را یاد بگیرند.
چرا مغز پرندگان نورون‌ها را در چنین زمان حساسی در یادگیری افزایش دادند؟ ناتبوهم معتقد بود که این موضوع به این دلیل است که نورون‌های تازه به ذخیره الگوهای آهنگ جدید در مدارهای عصبی قبلی مغز در ناحیه‌ای از مغز که رفتارهای پیچیده را کنترل می‌کند، کمک می‌کند. این نورون‌های جدید امکان یادگیری موارد جدید را فراهم می‌کردند. ناتبوهم فکر می‌گرد اگر مغز پرندگان می‌تواند برای کمک به یادآوری و یادگیری موارد جدید، نورون‌های جدیدی بسازد، این اتفاق برای مغز پستانداران هم ممکن است.
دانشمندان دیگر معتقد بودند که این یافته‌ها نمی‌تواند درمورد پستانداران هم صدق کند، اما دانشمندی به نام الیزابت گولد بعداً شواهدی از وجود نورون‌های تازه متولدشده در ناحیه‌ای از مغز میمون‌ها پیدا کرد، و دو دانمند دیگر به نام‌های فرد گیج (Fred Gage) و پیتر اریکسون نشان دادند که مغز انسان بالغ نیز در یک منطقه مشابه نورون‌های جدیدی تولید می‌کند.
نورون‌زایی در مغز بزرگسالان برای برخی از عصب‌شناسان هنوز هم یک نظریه اثبات‌نشده است. اما برخی دیگر از عصب‌شناسان فکر می‌کنند شواهد ارائه شده درمورد نقش سلول‌های عصبی تولید‌شده در مغز بزرگسالان در یادگیری و حافظه، امکانات جالبی را ایجاد خواهد کرد.
ساختار نورون
سیستم عصبی مرکزی (که شامل مغز و نخاع است) از دو نوع سلول اصلی تشکیل شده است: نورون‌ها و گلیاها (glia). تعداد گلياها در برخي از قسمت‌هاي مغز بيشتر است، اما نورون‌ها بازيگران اصلي در مغز هستند.
نورون‌ها درواقع پیام‌رسان اطلاعات هستند. این سلول‌ها برای انتقال اطلاعات بین مناطق مختلف مغز، و بین مغز و بقیه سیستم عصبی از پالس‌های الکتریکی و سیگنال‌های شیمیایی استفاده می‌کنند. هر کاری که ما انجام می‌دهیم مثلا فکر می‌کنیم، احساس می‌کنیم و به صورت فیزیکی کاری را انجام می‌دهیم بدون کار سلول‌های عصبی (نورون‌ها) و سلول‌های حمایتی آن‌ها یعنی سلول‌های گلیا – که آستروسیت‌ها (astrocytes) و الیگودندروسیت‌ها (oligodendrocytes) نام دارند– غیرممکن است.
نورون‌ها دارای سه قسمت اصلی هستند: جسم سلولی و دو بخش الحاقی به نام آکسون و دندریت. درون جسم سلولی یک هسته وجود دارد که فعالیت‌های سلول را کنترل می‌کند و حاوی مواد ژنتیکی سلول است. آکسون شبیه یک دم بلند است و پیام‌ها را از سلول به سلول‌های بعدی منتقل می‌کند. دندریت‌ها شبیه شاخه‌های درخت هستند و پیام‌ها را از سلول‌های دیگر دریافت می‌کنند. نورون‌ها با ارسال مواد شیمیایی بین آکسون‌ها و دندریت‌های نورون‌های مجاور با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند. این مواد شیمیایی به انتقال‌دهنده های عصبی (neurotransmitter) معروف هستند و در یک فضای کوچک بین سلولی که سیناپس (synapse) نامیده می‌شود قرار می گیرند.
در بدن ما سه نوع نورون وجود دارد:
- نورون‌های حسی (Sensory neurons) که اطلاعات را از اندام‌های حسی (مانند چشم و گوش) به مغز ما منتقل می‌کنند.
- نورون‌های حرکتی (Motor neurons) که فعالیت‌های ماهیچه‌ای ارادی مانند صحبت کردن را کنترل کرده و پیام‌ها را از سلول‌های عصبی مغز به ماهیچه‌ها منتقل می‌کنند.
- به بقیه نورون‌های دیگر نیز نورن‌های رابط (interneuron) گفته می‌شود.
دانشمندان عقیده دارند که نورون‌ها متنوع‌ترین نوع سلول‌های بدن ما هستند. در این سه گروه از نورون‌ها صدها نوع مختلف دیگر نیز وجود دارند که هریک دارای قابلیت‌های خاصی در انتقال پیام‌ها هستند.
چگونگی ارتباط این نورون‌ها با یکدیگر با ایجاد ارتباطات بین نورون‌ها چیزی است که هر کدام از ما را در نحوه تفکر، احساس و عمل‌مان منحصر به فرد می‌کند.
زایش نورون ها
میزان نورون‌زایی و تولید نورون‌های جدید در مغز موضوعی بحث‌برانگیز در بین متخصصان مغز و اعصاب است. اگرچه اکثر سلول‌های عصبی در زمان تولد ما در مغزمان وجود دارند، اما شواهدی وجود دارد که نشان می‌دهد نورون‌زایی در مغز ما یک فرایند مادام‌العمر است.
نورون‌ها در مناطقی از مغز تولید می‌شوند که از نظر غلظت سلول‌های پیش‌ساز عصبی (که سلول‌های بنیادی عصبی (neural stem cell) نیز نامیده می‌شوند) غنی هستند. این سلول‌ها این پتانسیل را دارند که بیشتر (اما نه همه‌ی) انواع مختلف نورون‌ها و گلیای موجود در مغز را تولید کنند.
دانشمندان علوم اعصاب نحوه رفتار سلول‌های پیش‌ساز عصبی را در محیط آزمایشگاه مشاهده کرده‌اند. اگرچه ممکن است این سلول‌ها در مغز ما دقیقاً مانند محیط آزمایشگاه رفتار نکنند، اما به ما اطلاعات خوبی را درمورد نحوه رفتار آن‌ها در محیط مغز می‌دهند.
علم سلول‌های بنیادی هنوز بسیار جدید است و ممکن است با اکتشافات بیشتر تغییر کند، اما محققان به اندازه کافی تحقیق انجام داده‌اند تا بتوانند چگونگی تولید سلول‌های بنیادی عصبی توسط سلول‌های دیگر مغز را شرح دهند. دانشمندان این موضوع را نسب سلول‌های بنیادی می‌نامند و در اصل چیزی شبیه به شجره‌نامه است.
سلول‌های بنیادی عصبی با تقسیم شدن به دو سلول و تولید دو سلول بنیادی جدید، یا دو سلول نیایاخته ( progenitor)، یا یکی جدید و یکی نیایاخته، افزایش می‌یابند.
وقتی یک سلول بنیادی برای تولید سلول بنیادی جدید تقسیم می‌شود، می‌گوییم خودتجدیدشوندگی (self renewing) رخ داده است. در این مورد سلول جدید ایجادشده پتانسیل ساخت سلول‌های بنیادی بیشتری را دارد.
وقتی یک سلول بنیادی تقسیم می‌شود تا یک سلول نیایاخته ایجاد کند، می‌گوییم تمایز سلولی (differentiate) ایجاد شده است. تمایز سلولی بدین معناست که سلول جدید از نظر شکل و عملکرد پیشرفته‌تر است. سلول نیایاخته پتانسیل سلول‌های بنیادی برای ساخت انواع مختلف سلول‌ها را ندارد. این نوع سلول فقط می‌تواند سلول‌هایی از اصل و نسب خاص خود تولید کند.
نقل مکان و مهاجرت نورون‌ها
وقتی یک نورون جدید ایجاد می‌شود، باید به جای خاصی در مغز برسد که در آن‌جا می‌تواند کار خود را انجام دهد. یک نورون از کجا می‌داند کجا باید برود؟ چه چیزی به رسیدن این نورون به مقصد خود به آن کمک می‌کند؟
دانشمندان مشاهده کرده‌اند که نورون‌ها حداقل از دو روش مختلف برای نقل مکان خود استفاده می‌کنند:
- برخی از سلول‌های عصبی با دنبال کردن فیبرهای بلند سلول‌ها(ی عصبی) به نام گلیای شعاعی (radial glia) نقل مکان می‌کنند. این فیبرهای بلند از لایه‌های داخلی تا لایه‌های بیرونی مغز گسترش یافته‌اند. نورون‌ها برای نقل مکان به جایی که می‌خواهند، در امتداد این فیبرها می‌لغزند تا به مقصد خود برسند.
- نورون‌ها با استفاده از سیگنال‌های شیمیایی نیز می‌توانند حرکت کنند. دانشمندان مولکول‌های خاصی را در سطح سلول‌های عصبی – به نام مولکول‌های چسبان – یافته‌اند که به مولکول‌های مشابه (با خود) روی سلول‌های گلیال یا آکسون‌های عصبی نزدیک خود متصل می‌شوند. این سیگنال‌های شیمیایی نورون را به محل نهایی خود هدایت می‌کنند.
همه نورون‌ها در نقل مکان خود به مقصدشان موفق نیستند. دانشمندان اعتقاد دارند که تنها یک سوم نورون‌ها به مقصد خود می‌رسند. برخی از سلول‌ها در طی فرایند تکامل عصبی می‌میرند!
برخی از نورون‌ها از این سفر جان سالم به در می‌برند، اما به جایی که می‌خواهند نرسیده و درواقع به مکان اشتباهی می‌رسند. جهش در ژن‌هایی که نقل مکان نورون‌ها را کنترل می‌کنند، باعث ایجاد مکان‌هایی از نورون‌های نامناسب یا عجیب شده که می‌تواند باعث اختلالاتی مانند صرع در دوران کودکی شود. برخی از محققان گمان می‌کنند که اسکیزوفرنی و اختلال یادگیری تا حدی نتیجه نقل مکان اشتباره نورون‌ها است!
تمایز نورونی
وقتی نورون‌ها به مقصد خود می‌رسند، باید با شرایط جدید خود را وفق دهند. این آخرین مرحله از تمایز سلولی، بخشی از نورن‌زایی است که هنوز به‌خوبی شناخته نشده است.
نورون‌ها مسئول انتقال و جذب انتقال‌دهنده‌های عصبی هستند. انتقال‌دهنده‌های عصبی مواد شیمیایی هستند که اطلاعات را بین سلول‌های مغز پخش می‌کنند.
نورن‌ها بسته به محل قرارگیری‌شان می‌توانند وظیفه یک نورون حسی، نورون حرکتی یا نورون‌های رابط را انجام دهند و انتقال‌دهنده‌های عصبی خاصی را ارسال و دریافت کنند.
در مغزی که در حال گسترش و رشد است مانند مغز کودکان، یک نورون به سیگنال‌های مولکولی که از سلول‌های دیگر – مثلا آستروسیت‌ها – دریافت می‌کند وابسته است تا شکل و محل قرارگیری خود، نوع انتقال‌دهنده‌های عصبی که تولید می‌کند و سایر نورون‌هایی که به آن‌ها متصل خواهد شد را تعیین کند. این سلول‌های عصبی تازه متولدشده مدارهای عصبی خاصی را ایجاد می‌کنند که در طول بزرگسالی نیز وجود خواهد داشت. مدارهای عصبی مسیرهای اطلاعاتی‌ای هستند که نورون‌ها را به هم متصل می‌کند.
اما در مغز بزرگسالان، مدارهای عصبی از قبل توسعه یافته‌اند و نورون‌های جدید برای مناسب شدن و سازگار شدن با آن‌ها باید راه‌هایی پیدا کنند. وقتی یک سلول عصبی (نورون) جدید در محل خود قرار می‌گیرد، شبیه سلول‌های اطراف خودش به نظر می‌رسد. این سلول، آکسون و دندریت ایجاد کرده و ارتباط با همسایگان خود را آغاز می‌کند.
انواع مختلف سلول‌های عصبی از سلول‌های بنیادی مشتق می‌شوند.
مرگ نورون‌ها
اگرچه نورون‌ها از نظر عمر طولانی‌ترین سلول‌های زنده بدن هستند، اما تعداد زیادی از آن‌ها در هنگام مهاجرت (نقل مکان) و تمایز می‌میرند.
زندگی برخی از سلول‌های عصبی می‌تواند تغییرات غیرطبیعی داشته باشد. برخی از بیماری‌های مغز نتیجه مرگ غیرطبیعی نورون‌ها است. مانند:
- در بیماری پارکینسون، نورون‌هایی که انتقال‌دهنده عصبی دوپامین را تولید می‌کنند در عقده‌های قاعده‌ای (basal ganglia : ناحیه ای از مغز که حرکات بدن را کنترل می‌کند) از بین می‌روند. این امر باعث ایجاد مشکل در شروع حرکات می‌شود.
- در بیماری هانتینگتون، یک جهش ژنتیکی باعث تولید بیش‌ازحد یک انتقال‌دهنده عصبی به نام گلوتامات می‌شود که باعث از بین رفتن سلول‌های عصبی درعقده‌های قاعده‌ای می‌شود. در نتیجه، فرد به طور غیرقابل کنترل پیچ و تاب می‌خورد.
- در بیماری آلزایمر، پروتئین‌های غیرمعمول در داخل و اطراف نورن‌ها در نئوکورتکس و هیپوکامپ (قسمت‌هایی از مغز که حافظه را کنترل می‌کنند) تجمع می‌یابند. هنگامی که این نورون‌ها می‌میرند، فرد قدرت یادآوری و انجام کارهای روزمره خود را از دست می‌دهد. آسیب فیزیکی به مغز و سایر قسمت‌های سیستم اعصاب مرکزی نیز می‌تواند نورون‌ها را از بین برده یا غیرفعال کند.
- ضربه به مغز یا آسیب ناشی از سکته مغزی می‌تواند نورون‌ها را بطور کامل از بین برده یا اکسیژن و مواد مغذی مورد نیاز آن‌ها برای زنده ماندن را به‌آرامی از بین ببرد.
- آسیب نخاعی می‌تواند ارتباط بین مغز و ماهیچه‌ها را دچار مشکل کند درصورتی که نورون‌ها ارتباط خود را با آکسون‌های زیر محلی که آسیب دیده از دست بدهند. این نورون‌ها ممکن است هنوز زنده باشند، اما توانایی خود برای برقراری ارتباط را از دست می‌دهند.
یکی از عوامل مرگ نورون‌ها ناشی از آزاد شدن زیاد گلوتامات است.
تحقیقات نویدبخش
دانشمندان امیدوارند با تحقیق و بررسی بیشتر درباره مرگ‌ومیر نورون‌ها بتوانند درمان‌های جدیدی برای بیماری‌های مغزی و اختلالاتی که زندگی میلیون‌ها انسان را تحت تأثیر قرار می‌دهند، توسعه دهند.
جدیدترین تحقیقات نشان می‌دهند که سلول‌های بنیادی عصبی می‌توانند بسیاری از انواع مختلف نورون‌ها ( و نه همه آن‌ها) را در مغز و سیستم عصبی، تولید کنند. اعمال روش‌های دستکاری این سلول‌های بنیادی در آزمایشگاه بر روی انواع خاصی از نورون‌ها می‌تواند منبع جدیدی از سلول‌های مغزی را برای جایگزینی با سلول‌های مرده یا آسیب‌دیده تولید کند.
همینطور می‌توان درمان‌های جدیدی را برای بهره‌گیری از عوامل رشد و سایر مکانیسم‌های سیگنالینگ درون مغز ایجاد کرد که به سلول‌های پیش‌ساز کمک می‌کنند تا نورون‌های جدیدی تولید کنند. این امر باعث ترمیم، تغییر شکل و تجدید مغز از درون خود می‌شود.
ترجمه اختصاصی توسط مجله قرمز
منبع: مؤسسه ملی اختلالات عصبی و سکته مغزی آمریکا
(National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS) ,” Brain Basics: The Life and Death of a Neuron“, Date last modified: Mon, 2019-12-16 15:11)