| نویسنده / نویسندگان : | محمدرضا ابوالقاسمی دهاقانی |
| مترجم : | |
| کلید واژه : | مطالعه ـ نورون‌ها ـ سلول‌ها ـ مغز ـ پیچیده‌ترین اندام ـ طبیعت |
| چکیده : | تمام ارگان‌های بدن از سلول تشکیل شده است. کارکرد سلولهای یک اندام، تعیین‌کننده کارکرد آن اندام خاص است. مغز نیز یک اندام بدن است؛ پیچیده‌ترین اندامی که تا به حال طبیعت طراحی کرده است. |
| منابع : |
تمام ارگان‌های بدن از سلول تشکیل شده است. کارکرد سلولهای یک اندام، تعیین‌کننده کارکرد آن اندام خاص است. مغز نیز یک اندام بدن است؛ پیچیده‌ترین اندامی که تا به حال طبیعت طراحی کرده است. به منظور شناسایی دقیق مغز، باید واحدهای سازنده آن یا همان نورون‌ها را بشناسیم و بدانیم که چگونه این سلول‌ها به یکدیگر وصل می‌شوند. در این نوشتار و مقاله‌های بعد، به دنبال معرفی سلولهای عصبی به عنوان پایه‌ای‌ترین عناصر ذهن و شناخت هستیم.
دو دسته کلی سلول در سیستم عصبی وجود دارد: نورون‌ها و گلیاها. هر چند تعداد نورون‌های مغز انسان بسیار زیاد است (در حدود یک‌صد میلیارد نورون)، تعداد گلیاها ده برابر تعداد نورون‌ها است. گلیاها حجم اصلی سیستم عصبی ما را تشکیل می‌دهند و فهم سازوکار عملکرد گلیاها به ما کمک می‌کند تا بتوانیم به نقش سلولی نورون‌ها بیشتر آگاه شویم. به هرحال نورون‌ها اصلی‌ترین جز مغز برای انجام اعمال منحصر به فرد مغز هستند. این نورون‌ها هستند که می‌توانند تغییرات محیط بیرون را حس کنند و این تغییرات را به نورون‌های دیگر انتقال دهند.
نقش اصلی گلیاها را میتوان جداسازی، پشتیبانی و تغذیه نورون‌ها در نظر گرفت. گلیا از یک کلمه یونانی گرفته شده است که در اصل معنای "نگه‌دارنده مغز" را تداعی می‌کند. به هرحال نود درصد توجه ما در علوم اعصاب تنها به ده درصد سلولهای تشکیل‌دهنده آن، نورون‌ها، است و معمولا توجه زیادی به گلیا (نود درصد سلولهای عصبی) از لحاظ کارکردی نمی‌شود.
با دانستن دانش مربوط به سازوکار نورون‌ها، ما با بسیاری از لغات که در ادبیات علوم اعصاب استفاده می‌شود، آشنا می‌شویم. برای مطالعه سلولهای عصبی مغز، دانشمندان باید با چند مشکل دست و پنجه نرم کنند. اولین مشکل، اندازه کوچک سلولهای عصبی است. اندازه بیشتر سلولهای عصبی در حدود یک‌صدم تا پنج‌صدم میلی‌متر است. این سلول‌ها با چشم غیرمسلح دیده نمی‌شوند. بنابراین توسعه دانش علوم اعصاب قبل از اختراع میکروسکوپ مقدور نبود. حتی پس از اختراع میکروسکوپ، مسئله تهیه لایه‌های نازک از بافت نرم سلولهای عصبی کار را برای محققان دشوار کرده بود. بنابراین مطالعه سلولهای مغز تا کشف روشی که به کمک آن بافت مغز بدون آسیب رساندن به ساختار سلول‌ها ثابت شود، متوقف مانده بود. اوایل قرن نوزدهم، دانشمندان به کمک فرمالدهید توانستند بافت مغز را ثابت کنند و با تهیه لایه‌های نازک (به اندازه قطر سلولهای عصبی) مطالعه ساختار نورون‌ها را شروع کردند. این رو‌ش‌های پیشرفته شاخه بافت‌شناسی1 را توسعه قابل ملاحظه‌ای داد.
بعد از تهیه لایه‌های نازک از مغز، دانشمندان در پی روشی بودند که به کمک رنگ‌آمیزی، بتوانند سلولهای مختلف این بافت را متمایز کنند. نیسل2 دانشمند آلمانی در اواخر قرن نوزدهم روشی برای رنگ‌آمیزی بافت‌های مغز ارائه داد که امروزه نیز از آن استفاده می‌شود. به کمک رنگ‌آمیزی نیسل3 میتوان نورون‌ها را از گلیاها جدا کرد و حتی محققان را قادر می‌سازد که بتوانند به ساختار سلولی نورون‌ها4 نیز دست پیدا کنند. رنگ‌آمیزی نیسل به ما نشان داد که سلولهای مغزی، ساختارهای متفاوتی دارند و امروزه ما می‌‌دانیم که این ساختارها، کارکرد متفاوتی نیز دارند. شکل1 نمایی از یک لایه نازک مغز که به روش نیسل رنگ‌آمیزی شده است را نشان می‌دهد.
در سال 1873، گلجی5 ، دانشمند ایتالیایی، روشی دیگری برای رنگ‌آمیزی بافت مغز ارائه داد. این رنگ‌آمیزی، به ما امکان می‌دهد که بتوانیم ساختار کامل درصد کوچکی از نورون‌ها را مطالعه کنیم. به کمک رنگ‌آمیزی نیسل تنها قسمت کوچکی از ساختار سلولهای عصبی قابل مشاهده است. شکل3 نمایی از رنگ‌آمیزی گلجی را نمایش می‌دهد. با مقایسه این شکل و شکل4 که دانش کنونی ما در رابطه با قسمت‌های اصلی تشکیل‌دهنده یک سلول است، میتوان به اهمیت رنگ‌آمیزی گلجی برای مطالعه قسمت‌های مختلف سلول عصبی پی برد. رنگ‌آمیزی گلجی نشان می‌دهد که نورون‌ها حداقل دو قسمت متمایز دارند: یک ناحیه مرکزی که حاوی هسته سلولی است، جسم سلولی6 یا سوما7 و تعداد زیادی از انشعاباتی که از این ناحیه مرکزی امتداد یافته است8. این انشعابات دو نمونه است آکسون‌ها9 و دندریت‌ها10. هر جسم سلولی معمولا به یک آکسون مختوم می‌شود. قطر آکسون‌ها در تمام طول آن یکسان است و معمولا انشعابات آکسون، بر طول آکسون‌ها عمود است. آکسون‌ها می‌توانند بسیار طویل باشند (گاهی بیشتر از یک متر) و به همین دلیل از همان زمان‌های ابتدایی کشف آکسون‌ها، این قسمت سلول به عنوان سیم ارتباطی نورون‌ها درنظر گرفته می‌شده است. در طرف مقابل، دندریت‌ها به ندرت طول بیشتر از دو میلی‌متر دارند. دانشمندان بعدها متوجه شدند که دندریت‌ها مانند آنتن‌هایی هستند که نقش ورودی به سلولهای عصبی را ایفا می‌کنند.
گرچه گلجی رنگ‌آمیزی را ابداع کرد، اما دانشمند و هنرمند اسپانیایی هم عصر او، رامون کاخال11 توانست با استفاده از این روش اثر قابل ملاحظه بر روی توسعه دانش ما در رابطه با سلولهای عصبی بگذارد. او در سال 1888 روش گلجی را فراگرفت و در مدت 25 سال با استفاده از این رنگ‌آمیزی، مدارهای بسیاری از نواحی مغز را تهیه کرد. شکل6 نمایی از نقاشی‌های کاخال را نمایش می‌دهد. کاخال و گلجی، تصویر کاملا متفاوتی از انشعابات (آکسون و دندیرت) یک سلول عصبی ارائه دادند. گلجی بر این باور بود که انشعابات نورون‌های مختلف، به یکدیگر وصل می‌شوند تا یک ساختار پیوسته مانند شبکه رگ‌های خونی بدن را پدید آورند. در طرف مقابل کاخال بر این باور بود که انشعابات نورون‌ها به صورت پیوسته به یکدیگر متصل نیستند، بلکه آنها از طریق اتصال به یکدیگر با هم ارتباط برقرار می‌کنند. گرچه گلجی و کاخال جایزه نوبل را در سال 1906 دریافت کردند، اما در تمام عمرشان با یکدیگر رقابت می‌‌کردند.
مطالعات علمی پنجاه سال بعد شواهد بسیار زیادی برای درستی نظریه کاخال، نشان داد. اما اثبات قطعی این نظریه تا اختراع میکروسکوپ الکترونی در سال 1950 صورت نپذیرفت. به کمک میکروسکوپ الکترونی به صورت کامل نظریه پیوسته بودن نورون‌ها رد شد.
چشم انسان قادر است که تا دقت یک‌‌دهم میلی‌متر (100 میکرومتر) را تشخیص
دهد. قطر نورون‌ها در حدود 20 میکرومتر است و انشعابات آن می‌تواند کسری از
یک میکرومتر باشد. بنابراین میکروسکوپ‌های نورونی برای مطالعه ساختار
سلولهای عصبی لازم هستند. با توجه به ویژگی‌های نور مرئی و لنزهای مورد
استفاده در میکروسکوپ‌های نوری، دقت میکروسکوپ‌های نوری در حدود یک دهم
میکرومتر است. این در حالی است که فاصله بین دو نورون (محل اتصال دو سلول
عصبی یا سیناپس)، حدود دو صدم میکرومتر(20 نانومتر) است. پس این عجیب نیست
که تا قبل از اختراع میکروسکوپ‌های الکترونی، گلجی و کاخال در مورد اتصال
یا عدم اتصال نورون‌ها با یکدیگر اختلاف نظر داشتند. شکل7 نمایی از
میکروسکوپ الکترونی را نشان می‌دهد. در این میکروسکوپ‌ها به جای استفاده از
نور مرئی، از یک پرتو الکترون استفاده می‌شود. به این ترتیب میکروسکوپ
الکترونی قادر است که تا یک دهم نانومتر را نیز اندازه‌گیری کند، یعنی چیزی
حدود یک میلیون بار بهتر از چشم انسان. به کمک میکروسکوپ الکترونی
دانشمندان قادرند که بدون ثابت کردن بافت مغز، نورون‌ها را در حالی که هنوز
زنده هستند مطالعه کنند. به این ترتیب مطالعه مغز با بررسی دقیق واحد
بسیار کوچک سازنده آنها (نورون‌ها) آغاز می‌شود.
پی نوشت:
1-histology/2-Franz Nissl/3-Nissl stain/4-cytoarchitecture/5-Camillo
Golgi/ 6-cell body/7-soma/8-neurites/ 9-axons/10-dendrites 11-Santiago
Ramón y Cajal
منبع:
مطالب و اشکال از منبع شماره یک آمده است.
1. Bear, Mark F., Barry W. Connors, and Michael A. Paradiso, eds. Neuroscience. Vol. 2. Lippincott Williams & Wilkins, 2007.
منبع مجله دانشمند آذر 1393 شماره 614