Gergin sistem - Nervous system

Gergin sistem
TE-Sinir sistemi diyagramı.svg
İnsan sinir sistemi
Detaylar
tanımlayıcılar
Latince sistema nervosum
D009420
TA98 A14.0.00.000
FMA 7157
Anatomik terminoloji

Olarak biyoloji , klasik öğretisi sinir sisteminin bir olduğunu tespit son derece karmaşık bir parçası hayvan kendi koordinatları işlemleri ve duyusal iletilerek bilgi sinyalleri için ve vücudun farklı kısımlarından. Sinir sistemi, vücudu etkileyen çevresel değişiklikleri algılar ve daha sonra bu tür olaylara yanıt vermek için endokrin sistemle birlikte çalışır . Sinir dokusu ilk olarak solucan benzeri organizmalarda ortaya çıktı.yaklaşık 550 ila 600 milyon yıl önce. Bununla birlikte, bu klasik doktrine son yıllarda bitkilerde elektrik sinyallerinin varlığı ve kullanımı hakkındaki keşifler ile meydan okunmuştur. Bu bulgulara dayanarak bazı bilim adamları, bir bitki sinir sisteminin var olduğunu ve bitki nörobiyolojisi adı verilen bir bilimsel alanın oluşturulması gerektiğini öne sürmüşlerdir. Bu öneri, bilim camiasında bitkilerin sinir sistemi hakkında konuşmamız gerektiğini düşünenler ile buna karşı çıkanlar arasında bir tartışmaya yol açmıştır. Her iki taraftaki bilimsel tartışmadaki pozisyonların esnek olmaması, tartışmaya sadece fizyolojik kriterler kullanarak ve filogenetik kriterlerden kaçınarak sinir sistemi kavramının yeniden tanımlanmasından oluşan bir çözüm önermesine yol açmıştır.

Omurgalılarda merkezi sinir sistemi (CNS) ve periferik sinir sistemi (PNS) olmak üzere iki ana bölümden oluşur . CNS, beyin ve omurilikten oluşur . PNS esas olarak , CNS'yi vücudun diğer her yerine bağlayan uzun liflerin veya aksonların kapalı demetleri olan sinirlerden oluşur . Beyinden sinyal ileten sinirlere motor sinirler veya efferent sinirler denirken, vücuttan CNS'ye bilgi ileten sinirlere duyu sinirleri veya afferent denir . Omurilik sinirleri , her iki işleve de hizmet eden karışık sinirlerdir . PNS, somatik , otonom ve enterik sinir sistemleri olmak üzere üç ayrı alt sisteme bölünmüştür . Somatik sinirler istemli harekete aracılık eder. Otonom sinir sistemi ayrıca sempatik ve parasempatik sinir sistemlerine ayrılır . Acil durumlarda enerjiyi harekete geçirmek için sempatik sinir sistemi, organizmalar rahat bir durumdayken parasempatik sinir sistemi devreye girer. Enterik sinir sistemi, gastrointestinal sistemi kontrol etme işlevi görür . Hem otonom hem de enterik sinir sistemleri istem dışı çalışır. Kafatasından çıkan sinirlere kafa sinirleri , omurilikten çıkan sinirlere ise omurilik sinirleri denir .

Hücresel düzeyde, sinir sistemi, "sinir hücresi" olarak da bilinen nöron adı verilen özel bir hücre tipinin varlığı ile tanımlanır . Nöronlar, diğer hücrelere hızlı ve hassas bir şekilde sinyal göndermelerini sağlayan özel yapılara sahiptir. Bunlar adlandırılan ince lifler boyunca hareket eden elektrokimyasal darbeler şeklinde bu sinyalleri göndermek aksonlar , doğrudan aracılığıyla komşu hücrelere aktarılabilir, elektrik sinapsların ya da adlandırılan kimyasal neden nörotransmitter olarak açıklanacak olan kimyasal sinaps . Bir nörondan sinaptik sinyal alan bir hücre uyarılabilir , engellenebilir veya başka şekilde modüle edilebilir . Nöronlar arasındaki bağlantılar , bir organizmanın dünya algısını oluşturan ve davranışını belirleyen sinir yolları , sinir devreleri ve daha büyük ağlar oluşturabilir. Nöronlarla birlikte sinir sistemi, yapısal ve metabolik destek sağlayan glial hücreler (veya basitçe glia) adı verilen diğer özel hücreler içerir .

Sinir sistemleri çoğu çok hücreli hayvanda bulunur, ancak karmaşıklık bakımından büyük farklılıklar gösterir. Hiçbir sinir sistemine sahip olmayan tek çok hücreli hayvanlar, çok basit vücut planlarına sahip süngerler , plakozoanlar ve mezozoanlardır . Radyal simetrik organizmaların sinir sistemleri ctenophores (tarak jöleleri) ve cnidarians ( anemonlar , hidralar , mercanlar ve denizanası içerir ) yaygın bir sinir ağından oluşur . Diğer tüm hayvan türleri, birkaç solucan türü dışında, bir beyin, bir merkezi kord (veya paralel olarak uzanan iki kord ) ve beyinden ve merkezi korddan yayılan sinirlerden oluşan bir sinir sistemine sahiptir . Sinir sisteminin boyutu, en basit solucanlardaki birkaç yüz hücreden Afrika fillerinde yaklaşık 300 milyar hücreye kadar değişir.

Merkezi sinir sistemi, bir hücreden diğerine veya vücudun bir bölümünden diğer hücrelere sinyaller göndermek ve geri bildirim almak için çalışır. Sinir sistemi arızası, genetik kusurlar, travma veya toksisiteye bağlı fiziksel hasar, enfeksiyon veya basitçe yaşlanmanın bir sonucu olarak ortaya çıkabilir . Nörolojinin tıbbi uzmanlığı , sinir sistemi bozukluklarını inceler ve bunları önleyebilecek veya tedavi edebilecek müdahaleleri arar. Periferik sinir sisteminde en sık görülen problem, diyabetik nöropati ve multipl skleroz ve amyotrofik lateral skleroz gibi demiyelinizan bozukluklar gibi farklı nedenlere bağlı olabilen sinir iletiminin başarısızlığıdır . Sinirbilim , sinir sisteminin çalışmasına odaklanan bilim alanıdır.

Yapı

Sinir sistemi silindirik elyaf demetleri (sinirler, adını elde aksonlar arasında nöronlar ), beyin ve o çıkan omurilik vücudun her yerinde innerve tekrar tekrar ve şube. Sinirler, eski Mısırlılar, Yunanlılar ve Romalılar tarafından tanınabilecek kadar büyüktür, ancak iç yapıları, onları mikroskopla incelemek mümkün olana kadar anlaşılmamıştır. Yazar Michael Nikoletseas şunları yazdı:

"Yaklaşık 1900 yılına kadar nöronların beynin temel birimleri olduğunun bilinmediğine inanmak zor ( Santiago Ramón y Cajal ). Beyindeki kimyasal iletim kavramının o zamana kadar bilinmemesi de aynı derecede şaşırtıcıdır. 1930 ( Henry Hallett Dale ve Otto Loewi ) Nöronların kendi aralarında iletişim kurmak için kullandıkları temel elektrik olgusunu, aksiyon potansiyelini 1950'lerde anlamaya başladık ( Alan Lloyd Hodgkin , Andrew Huxley ve John Eccles ). 1960'larda, temel nöronal ağların uyaranları nasıl kodladığının ve dolayısıyla temel kavramların mümkün olduğunun farkına vardık ( David H. Hubel ve Torsten Wiesel ). Moleküler devrim 1980'lerde ABD üniversitelerini kasıp kavurdu. fenomen yaygın olarak bilinir hale geldi ( Eric Richard Kandel ).

Mikroskobik bir inceleme, sinirlerin esas olarak aksonlardan ve etraflarını saran ve onları fasiküllere ayıran farklı zarlardan oluştuğunu gösterir . Sinirlere yol açan nöronlar tamamen sinirlerin içinde bulunmazlar; hücre gövdeleri beyinde, omurilikte veya periferik ganglionlarda bulunur .

Süngerlerden daha gelişmiş tüm hayvanların sinir sistemleri vardır. Bununla birlikte, süngerler , tek hücreli hayvanlar ve balçık küfleri gibi hayvan olmayan hayvanlar bile , nöronların öncülleri olan hücreden hücreye sinyal mekanizmalarına sahiptir. Denizanası ve hidra gibi radyal olarak simetrik hayvanlarda, sinir sistemi bir sinir ağından , yaygın bir izole hücre ağından oluşur . Gelen bilateral var olan türlerin büyük çoğunluğunu oluşturan hayvanlar, sinir sistemi, erken kökenli ortak bir yapıya sahiptir Ediacaran 550 milyondan fazla yıl önce, dönemin.

hücreler

Sinir sistemi iki ana hücre kategorisi veya türü içerir: nöronlar ve glial hücreler .

nöronlar

Tipik bir nöronun yapısı
Nöron

Sinir sistemi, özel bir hücre tipinin varlığı ile tanımlanır - nöron (bazen "nöron" veya "sinir hücresi" olarak adlandırılır). Nöronlar diğer hücrelerden çeşitli şekillerde ayırt edilebilirler, ancak en temel özelliği, diğer hücrelerle , elektriksel veya kimyasal sinyallerin hızlı iletilmesine izin veren moleküler makineler içeren zardan zara bağlantılar olan sinapslar aracılığıyla iletişim kurmalarıdır. . Nöronun birçok tipi sahip akson , sinaptik temasların gövde ve marka binlerce uzak bölgelerine uzatabilirsiniz bir protoplazmik çıkıntı; aksonlar tipik olarak vücudun her yerine sinir adı verilen demetler halinde uzanır.

İnsanlar gibi tek bir türün sinir sisteminde bile, çok çeşitli morfoloji ve işlevlere sahip yüzlerce farklı türde nöron bulunur. Bunlar, ışık ve ses gibi fiziksel uyaranları nöral sinyallere dönüştüren duyu nöronlarını ve nöral sinyalleri kas veya bezlerin aktivasyonuna dönüştüren motor nöronları ; ancak birçok türde nöronların büyük çoğunluğu merkezi yapıların (beyin ve ganglionlar) oluşumuna katılır ve tüm girdilerini diğer nöronlardan alır ve çıktılarını diğer nöronlara gönderir.

Gliyal hücreler

Glial hücreler (Yunanca "yapıştırıcı" olarak adlandırılır), destek ve beslenme sağlayan, homeostazı koruyan , miyelin oluşturan ve sinir sisteminde sinyal iletimine katılan nöronal olmayan hücrelerdir . Olarak insan beyninin oranları, farklı beyin bölgelerinde farklı olsa da, glia sayısı kabaca nöron eşit olduğu tahmin edilmektedir. Gliyal hücrelerin en önemli işlevleri arasında nöronları desteklemek ve onları yerinde tutmak; nöronlara besin sağlamak; nöronları elektriksel olarak yalıtmak; patojenleri yok etmek ve ölü nöronları çıkarmak; ve nöronların aksonlarını hedeflerine yönlendiren kılavuz ipuçları sağlamak. Çok önemli bir gliyal hücre türü ( merkezi sinir sistemindeki oligodendrositler ve periferik sinir sistemindeki Schwann hücreleri ), aksonların etrafını saran ve aksiyon potansiyellerini çok daha hızlı iletmelerini sağlayan elektriksel yalıtım sağlayan miyelin adı verilen yağlı bir madde katmanları üretir. ve verimli. Son bulgular, mikroglia ve astrositler gibi glial hücrelerin, merkezi sinir sistemi içinde önemli yerleşik bağışıklık hücreleri olarak hizmet ettiğini göstermektedir.

Omurgalılarda anatomi

Omurgalı sinir sisteminin ana bölümlerini gösteren diyagram.
Yetişkin bir dişi insanın kafasının yatay kesiti, deri, kafatası ve beyin ile gri madde (bu resimde kahverengi) ve altta yatan beyaz maddeyi gösteriyor.

Sinir sistemi omurgalılarda (insanlar da dahil olmak üzere) ayrılmıştır , merkezi sinir sistemi (CNS) ve periferal sinir sisteminde (PNS).

(CNS) ana bölümdür ve beyin ve omurilikten oluşur . Spinal kanal ise, omurilik içeren kafa boşluğu beyin içerir. CNS, dura mater adı verilen sert, kösele bir dış tabaka da dahil olmak üzere üç katmanlı bir zar sistemi olan meninksler tarafından çevrelenir ve korunur . Beyin ayrıca kafatası tarafından, omurilik ise omurlar tarafından korunur .

Periferik sinir sistemi (PNS), CNS içinde yer almayan sinir sistemi yapıları için ortak bir terimdir. Ait oldukları nöronların hücre gövdeleri beyin veya omurilikte bulunsa bile, sinir adı verilen akson demetlerinin büyük çoğunluğunun PNS'ye ait olduğu kabul edilir. PNS somatik ve visseral bölümlere ayrılmıştır . Somatik kısım, cildi, eklemleri ve kasları innerve eden sinirlerden oluşur. Somatik duyu nöronlarının hücre gövdeleri , omuriliğin dorsal kök gangliyonlarında bulunur. Otonom sinir sistemi olarak da bilinen visseral kısım, iç organları, kan damarlarını ve bezleri innerve eden nöronları içerir. Otonom sinir sisteminin kendisi iki bölümden oluşur: sempatik sinir sistemi ve parasempatik sinir sistemi . Bazı yazarlar, PNS'nin bir parçası olarak hücre gövdeleri periferde (işitme gibi duyular için) bulunan duyu nöronlarını da içerir; ancak diğerleri onları atlar.

Omurgalı sinir sistemi de gri madde ve beyaz madde olarak adlandırılan alanlara ayrılabilir . Gri madde (korunmuş dokuda yalnızca gridir ve canlı dokuda pembe veya açık kahverengi olarak daha iyi tanımlanır) yüksek oranda nöron hücre gövdeleri içerir. Beyaz madde esas olarak miyelinli aksonlardan oluşur ve rengini miyelininden alır. Beyaz madde, tüm sinirleri ve beynin ve omuriliğin iç kısmının çoğunu içerir. Gri madde, beyin ve omurilikteki nöron kümelerinde ve yüzeylerini kaplayan kortikal katmanlarda bulunur. Beyindeki veya omurilikteki bir nöron kümesine çekirdek , periferdeki bir nöron kümesine ise ganglion adı verildiğine dair anatomik bir gelenek vardır . Bununla birlikte, bu kuralın birkaç istisnası vardır, özellikle ön beynin bazal gangliyon adı verilen kısmı dahil .

Karşılaştırmalı anatomi ve evrim

Süngerlerdeki sinir öncüleri

Süngerlerin birbirine sinaptik bağlantılarla bağlı hücreleri , yani nöronları ve dolayısıyla sinir sistemi yoktur. Bununla birlikte, sinaptik işlevde kilit rol oynayan birçok genin homologlarına sahiptirler. Son zamanlarda yapılan araştırmalar, sünger hücrelerinin, bir postsinaptik yoğunluğa (sinapsın sinyal alan kısmı) benzeyen bir yapı oluşturmak üzere bir araya toplanmış bir grup proteini ifade ettiğini göstermiştir . Ancak, bu yapının işlevi şu anda belirsizdir. Sünger hücreleri sinaptik iletim göstermese de, birbirleriyle tüm vücut kasılması gibi bazı basit eylemlere aracılık eden kalsiyum dalgaları ve diğer uyarılar yoluyla iletişim kurarlar.

radyata

Denizanası , petek jöleleri ve ilgili hayvanlar, merkezi bir sinir sisteminden ziyade yaygın sinir ağlarına sahiptir. Çoğu denizanasında sinir ağı vücuda az çok eşit olarak yayılır; tarak jölelerinde ağzın yakınında konsantre edilir. Sinir ağları kimyasal, dokunsal ve görsel sinyalleri toplayan duyusal nöronlardan oluşur; vücut duvarının kasılmalarını aktive edebilen motor nöronlar; ve duyusal nöronlardaki aktivite modellerini tespit eden ve yanıt olarak motor nöron gruplarına sinyaller gönderen ara nöronlar. Bazı durumlarda, ara nöron grupları ayrı gangliyonlar halinde kümelenir .

Radatadaki sinir sisteminin gelişimi nispeten yapılandırılmamıştır. Bilaterilerin aksine , radiata sadece iki ilkel hücre katmanına sahiptir, endoderm ve ektoderm . Nöronlar, diğer tüm ektodermal hücre tipleri için öncü görevi gören özel bir ektodermal öncü hücreler grubundan üretilir.

bilaterya

Çubuk şeklindeki bir gövde, bir uçta ağızdan diğer uçta anüse kadar uzanan bir sindirim sistemi içerir.  Sindirim sisteminin yanında, ucunda bir beyin bulunan, ağza yakın bir sinir kordonu bulunur.
İki taraflı bir hayvanın sinir sistemi, segmental genişlemeleri olan bir sinir kordonu ve önde bir "beyin" şeklinde

Mevcut hayvanların büyük çoğunluğu iki taraflıdır , yani birbirlerinin yaklaşık ayna görüntüsü olan sol ve sağ tarafları olan hayvanlar. Tüm bilaterilerin, 550-600 milyon yıl önce Ediacaran döneminde ortaya çıkan ortak solucan benzeri bir atadan geldiği düşünülmektedir. Temel iki taraflı vücut formu, ağızdan anüse uzanan içi boş bir bağırsak boşluğuna ve her vücut segmenti için genişleyen bir sinir kordonuna ("ganglion") sahip bir tüptür ve önde özellikle büyük bir ganglion "beyin" olarak adlandırılır. ".

Her bir spinal sinir tarafından innerve edilen insan vücudu yüzeyinin alanı

İnsanlar da dahil olmak üzere memeliler bile, sinir sistemi düzeyinde parçalı çift taraflı vücut planını gösterir. Omurilik, her biri vücut yüzeyinin bir bölümünü innerve eden motor ve duyusal sinirlere yol açan bir dizi segmental gangliyon içerir ve alttaki kaslar. Ekstremitelerde innervasyon paterninin düzeni karmaşıktır, ancak gövdede bir dizi dar bantlara yol açar. İlk üç bölüm beyne aittir ve ön beyin, orta beyin ve arka beyine yol açar.

Bilaterians çok erken embriyonik gelişme, iki gruba (içine meydana gelen olayların temelinde, ayrılabilir superphyla ) adı protostomes ve deuterostomes . Deuterostomlar omurgalıların yanı sıra derisidikenlileri , hemikordatları (esas olarak meşe palamudu solucanları) ve Xenoturbellidans'ı içerir . Daha çeşitli grup olan protostomlar, eklembacaklıları , yumuşakçaları ve çok sayıda solucan türünü içerir. Sinir sisteminin vücuttaki yerleşiminde iki grup arasında temel bir fark vardır: protostomlarda vücudun ventral (genellikle alt) tarafında bir sinir kordonu bulunurken, deuterostomlarda sinir kordonu dorsalde (genellikle üstte) bulunur. ) yan. Aslında, dorsalden ventral gradyanlar gösteren birkaç genin ekspresyon paternleri de dahil olmak üzere, vücudun birçok yönü iki grup arasında ters çevrilmiştir. Çoğu anatomist şimdi, protostom ve deuterostom gövdelerinin birbirlerine göre "ters çevrildiğini" düşünüyor; bu, ilk olarak Geoffroy Saint-Hilaire tarafından böcekler için omurgalılara kıyasla önerilen bir hipotez . Bu nedenle, örneğin böcekler vücudun ventral orta hattı boyunca uzanan sinir kordonlarına sahipken, tüm omurgalıların dorsal orta hat boyunca uzanan omurilikleri vardır.

solucanlar

Solucan sinir sistemi. Üst: Solucanın ön tarafının yandan görünüşü. Altta: yukarıdan bakıldığında izole edilmiş sinir sistemi

Solucanlar en basit bilateryan hayvanlardır ve bilateryan sinir sisteminin temel yapısını en basit şekilde ortaya koyarlar. Örnek olarak, solucanların vücut boyunca uzanan ve kuyruk ve ağızda birleşen çift sinir kordonları vardır . Bu sinir kordonları, bir merdivenin basamakları gibi enine sinirlerle birbirine bağlanır . Bu enine sinirler , hayvanın iki tarafını koordine etmeye yardımcı olur . Baştaki iki gangliyon (" sinir halkası ") uç işlevi basit bir beyne benzer . Hayvanın göz noktalarındaki fotoreseptörler , aydınlık ve karanlık hakkında duyusal bilgi sağlar.

Bir çok küçük yuvarlak kurt sinir sistemi, nematod Caenorhabditis elegans , tamamen içinde haritalanmıştır connectome da sinaps da dahil olmak üzere. Her nöron ve onun hücresel soyu kaydedilmiştir ve hepsi olmasa da çoğu nöral bağlantı bilinmektedir. Bu türde sinir sistemi cinsel olarak dimorfiktir ; iki cinsiyetin, erkek ve dişi hermafroditlerin sinir sistemleri, cinsiyete özgü işlevleri yerine getiren farklı sayıda nörona ve nöron gruplarına sahiptir. Olarak C. elegans çift cinsiyetli tam olarak 302 nöronları varken, erkek, tam olarak 383 nöronlar var.

eklembacaklılar

Sinir sistemini maviyle gösteren bir örümceğin iç anatomisi

Eklembacaklılar gibi böcekler ve kabuklular , sinir sisteminin bir dizi yapılmış olması gangliyon ile bağlanmış, ventral sinir kablosunun uzunluğu boyunca uzanan iki paralel eklemlerin oluşan göbek . Tipik olarak, her vücut segmentinin her iki tarafında bir ganglion bulunur, ancak bazı ganglionlar beyni ve diğer büyük gangliyonları oluşturmak için kaynaşmıştır. Baş segmenti, supraözofageal ganglion olarak da bilinen beyni içerir . Olarak böcek sinir sistemi , beyin, anatomik olarak ayrılır protocerebrum , deutocerebrum ve tritocerebrum . Beynin hemen arkasında, üç çift kaynaşmış gangliyondan oluşan subözofageal ganglion bulunur . Bu kontrol ağız parçaları , tükürük bezleri ve bazı kasları . Birçok eklembacaklı, görme için bileşik gözler ve koku alma ve feromon hissi için antenler dahil olmak üzere iyi gelişmiş duyu organlarına sahiptir . Bu organlardan gelen duyusal bilgiler beyin tarafından işlenir.

Böceklerde birçok nöron, beynin kenarında konumlanmış ve elektriksel olarak pasif olan hücre gövdelerine sahiptir; hücre gövdeleri yalnızca metabolik destek sağlamaya hizmet eder ve sinyalleşmeye katılmaz. Protoplazmik bir lif hücre gövdesinden çıkar ve bolca dallanır, bazı kısımlar sinyalleri iletir ve diğer kısımlar sinyalleri alır. Bu nedenle, böcek beyninin çoğu parçası , çevre çevresinde düzenlenmiş pasif hücre gövdelerine sahipken, nöral sinyal işleme , iç kısımda, nöropil adı verilen bir protoplazmik lifler yumağı içinde gerçekleşir.

"Tanımlanmış" nöronlar

Bir nöron denir tanımlanan bu tür bir konumda, nörotransmiter, gen ekspresyonu modeli, ve aynı hayvan özelliklerinde her nöron ayırt özelliklere sahipse bağlantı-ve aynı türe ait her bir organizma bir ve sadece bir tane aynı özelliklere sahip nöron. Omurgalı sinir sistemlerinde çok az nöron bu anlamda "tanımlanır" -insanlarda hiçbirinin olmadığına inanılır- ancak daha basit sinir sistemlerinde nöronların bazıları veya tümü bu nedenle benzersiz olabilir. Sinir sistemi herhangi bir hayvanın en kapsamlı tanımı olan yuvarlak kurt C. elegans'ta , vücuttaki her nöron, her solucanda aynı konum ve aynı bağlantılarla benzersiz bir şekilde tanımlanabilir. Bu gerçeğin dikkate değer bir sonucu, C. elegans sinir sisteminin biçiminin, deneyime bağlı hiçbir plastisite olmaksızın, tamamen genom tarafından belirlenmiş olmasıdır.

Birçok yumuşakça ve böceğin beyni de önemli sayıda tanımlanmış nöron içerir. Omurgalılarda en iyi bilinen nöronlar balıkların devasa Mauthner hücreleridir . Her balığın beyin sapının alt kısmında, biri sağda diğeri solda olmak üzere iki Mauthner hücresi vardır. Her Mauthner hücresinin üzerinden geçen, aynı beyin seviyesindeki nöronları innerve eden ve daha sonra omurilik boyunca ilerleyerek sayısız bağlantı yapan bir aksonu vardır. Bir Mauthner hücresi tarafından üretilen sinapslar o kadar güçlüdür ki, tek bir aksiyon potansiyeli büyük bir davranışsal tepkiye yol açar: Milisaniyeler içinde balık vücudunu C-şekline çevirir, sonra düzelir, böylece kendini hızla ileri doğru iter. İşlevsel olarak bu, balığın yanal çizgi organına çarpan güçlü bir ses dalgası veya basınç dalgası tarafından en kolay şekilde tetiklenen hızlı bir kaçış tepkisidir. Balıklarda tanımlanmış tek nöron Mauthner hücreleri değildir - her bir spinal segmental çekirdekte "Mauthner hücre analogları" çiftleri dahil olmak üzere yaklaşık 20 tür daha vardır. Bir Mauthner hücresi bireysel olarak bir kaçış tepkisi meydana getirme yeteneğine sahip olsa da, sıradan davranış bağlamında diğer hücre türleri genellikle tepkinin genliğini ve yönünü şekillendirmeye katkıda bulunur.

Mauthner hücreleri komut nöronları olarak tanımlanmıştır . Bir komut nöronu, belirli bir davranışı bireysel olarak sürdürebilen bir nöron olarak tanımlanan özel bir tanımlanmış nöron türüdür. Bu tür nöronlar en yaygın olarak çeşitli türlerin hızlı kaçış sistemlerinde görülür - muazzam boyutları nedeniyle nörofizyolojide öncü deneyler için kullanılan kalamar dev aksonu ve kalamar dev sinaps , her ikisi de kalamarın hızlı kaçış devresine katılır. Bununla birlikte, bir komut nöronu kavramı, başlangıçta açıklamaya uyuyor görünen bazı nöronların gerçekten sadece sınırlı bir dizi koşulda bir tepki uyandırabildiğini gösteren çalışmalar nedeniyle tartışmalı hale geldi.

İşlev

En temel düzeyde, sinir sisteminin işlevi, bir hücreden diğerine veya vücudun bir bölümünden diğerlerine sinyaller göndermektir. Bir hücrenin diğer hücrelere sinyal göndermesinin birden çok yolu vardır. Biri hormon denilen kimyasalları iç dolaşıma salmak ve böylece uzak bölgelere yayılabilmesidir. Bu "yayın" sinyalleme modunun aksine, sinir sistemi "noktadan noktaya" sinyaller sağlar - nöronlar aksonlarını belirli hedef alanlara yansıtır ve belirli hedef hücrelerle sinaptik bağlantılar kurar. Bu nedenle, sinirsel sinyalleşme, hormonal sinyalleşmeden çok daha yüksek bir özgüllük düzeyine sahiptir. Aynı zamanda çok daha hızlıdır: en hızlı sinir sinyalleri saniyede 100 metreyi aşan hızlarda hareket eder.

Daha bütünleştirici bir düzeyde, sinir sisteminin birincil işlevi vücudu kontrol etmektir. Bunu, duyu alıcılarını kullanarak ortamdan bilgi alarak, bu bilgiyi kodlayan sinyalleri merkezi sinir sistemine göndererek, uygun bir yanıt belirlemek için bilgiyi işleyerek ve yanıtı etkinleştirmek için kaslara veya bezlere çıkış sinyalleri göndererek yapar. Karmaşık bir sinir sisteminin evrimi, çeşitli hayvan türlerinin görme, karmaşık sosyal etkileşimler, organ sistemlerinin hızlı koordinasyonu ve eşzamanlı sinyallerin entegre işlenmesi gibi gelişmiş algılama yeteneklerine sahip olmasını mümkün kılmıştır. İnsanlarda, sinir sisteminin karmaşıklığı, dile, kavramların soyut temsiline, kültürün aktarımına ve insan toplumunun insan beyni olmadan var olamayacak diğer birçok özelliğine sahip olmayı mümkün kılar.

Nöronlar ve sinapslar

Sinaptik iletimdeki ana unsurlar. Aksiyon potansiyeli adı verilen bir elektrokimyasal dalga , bir nöronun aksonu boyunca ilerler . Dalga bir sinapsa ulaştığında , hedef hücrenin zarındaki kimyasal reseptör moleküllerine bağlanan az miktarda nörotransmitter molekülünün salınımını tetikler .

Bazı tipler dendritten dendrite iletişim yeteneğine sahip olsa da, çoğu nöron aksonları aracılığıyla sinyal gönderir . (Aslında, amacrin hücre adı verilen nöron türlerinin aksonları yoktur ve yalnızca dendritleri aracılığıyla iletişim kurarlar.) Nöral sinyaller, bir akson boyunca aksiyon potansiyelleri adı verilen elektrokimyasal dalgalar şeklinde yayılır ve bu sinyaller hücreden hücreye sinyaller üretir. akson terminalleri yapmak sinaptik diğer hücreler ile temas.

Sinapslar elektriksel veya kimyasal olabilir. Elektriksel sinapslar , nöronlar arasında doğrudan elektriksel bağlantılar kurar, ancak kimyasal sinapslar çok daha yaygın ve işlev bakımından çok daha çeşitlidir. Kimyasal bir sinapsta sinyal gönderen hücreye presinaptik, sinyal alan hücreye ise postsinaptik denir. Hem presinaptik hem de postsinaptik alanlar, sinyal sürecini gerçekleştiren moleküler makinelerle doludur. Presinaptik alan, nörotransmiter kimyasallarla dolu, sinaptik veziküller adı verilen çok sayıda küçük küresel damar içerir . Presinaptik terminal elektriksel olarak uyarıldığında, zara gömülü bir dizi molekül aktive olur ve veziküllerin içeriğinin, sinaptik yarık olarak adlandırılan presinaptik ve postsinaptik zarlar arasındaki dar alana salınmasına neden olur . Nörotransmitter daha sonra postsinaptik membrana gömülü reseptörlere bağlanır ve aktif hale geçmelerine neden olur. Reseptörün tipine bağlı olarak, postsinaptik hücre üzerinde ortaya çıkan etki, daha karmaşık yollarla uyarıcı, engelleyici veya modülatör olabilir. Örneğin, bir motor nöron ve bir kas hücresi arasındaki sinaptik bir temasta nörotransmitter asetilkolinin salınması, kas hücresinin hızlı bir şekilde kasılmasına neden olur. Postsinaptik hücre üzerindeki etkiler çok daha uzun sürebilmesine rağmen (sinaptik sinyalin bir bellek izinin oluşumuna yol açtığı durumlarda süresiz olarak bile olsa) tüm sinaptik iletim süreci bir milisaniyenin yalnızca bir kısmını alır .

Tipik bir kimyasal sinapsın yapısı

Kelimenin tam anlamıyla yüzlerce farklı sinaps türü vardır. Aslında, yüzün üzerinde bilinen nörotransmitter vardır ve bunların birçoğunun birden fazla reseptörü vardır. Birçok sinaps birden fazla nörotransmiter kullanır - yaygın bir düzenleme, bir sinapsın glutamat veya GABA gibi hızlı etkili bir küçük moleküllü nörotransmiterin yanı sıra daha yavaş etkili modülatör roller oynayan bir veya daha fazla peptit nörotransmiter kullanmasıdır. Moleküler sinirbilimciler genellikle reseptörleri iki geniş gruba ayırır: kimyasal olarak kapılı iyon kanalları ve ikinci haberci sistemler . Kimyasal olarak kapılı bir iyon kanalı aktive edildiğinde, belirli tipteki iyonların zar boyunca akmasına izin veren bir geçit oluşturur. İyonun tipine bağlı olarak hedef hücre üzerindeki etki uyarıcı veya engelleyici olabilir. İkinci bir haberci sistemi aktive edildiğinde, hedef hücre içinde bir dizi moleküler etkileşim başlatır ve bu da sonuçta hücrenin uyaranlara duyarlılığını artırmak veya azaltmak ve hatta gen transkripsiyonunu değiştirmek gibi çok çeşitli karmaşık etkiler üretebilir .

Dale ilkesi adı verilen ve bilinen birkaç istisnası olan bir kurala göre , bir nöron tüm sinapslarında aynı nörotransmitterleri serbest bırakır. Ancak bu, bir nöronun tüm hedefleri üzerinde aynı etkiyi uyguladığı anlamına gelmez, çünkü bir sinapsın etkisi nörotransmittere değil, aktive ettiği reseptörlere bağlıdır. Farklı hedefler farklı tipte reseptörler kullanabildiğinden (ve sıklıkla yaptığından), bir nöronun bir grup hedef hücre üzerinde uyarıcı etkilere, diğerleri üzerinde engelleyici etkilere ve diğerleri üzerinde karmaşık modülatör etkilere sahip olması mümkündür. Bununla birlikte, en yaygın olarak kullanılan iki nörotransmitter olan glutamat ve GABA'nın her birinin büyük ölçüde tutarlı etkileri olduğu görülür . Glutamat, yaygın olarak bulunan birkaç reseptör tipine sahiptir, ancak hepsi uyarıcı veya modülatördür. Benzer şekilde, GABA'nın yaygın olarak bulunan birkaç reseptör tipi vardır, ancak hepsi inhibitördür. Bu tutarlılık nedeniyle, glutamaterjik hücrelere sıklıkla "uyarıcı nöronlar" ve GABAerjik hücrelere "inhibitör nöronlar" denir. Kesin konuşmak gerekirse, bu bir terminolojinin kötüye kullanılmasıdır - uyarıcı ve engelleyici olan nöronlar değil, reseptörlerdir - ancak bilimsel yayınlarda bile yaygın olarak görülür.

Sinapsların çok önemli bir alt kümesi, sinaptik kuvvette uzun süreli aktiviteye bağlı değişiklikler vasıtasıyla hafıza izleri oluşturma yeteneğine sahiptir . Nöral belleğin en iyi bilinen biçimi , NMDA reseptörü olarak bilinen özel bir reseptör tipi üzerinde hareket eden nörotransmiter glutamatı kullanan sinapslarda çalışan uzun süreli güçlenme (kısaltılmış LTP) adı verilen bir süreçtir . NMDA reseptörü "birleştirici" bir özelliğe sahiptir: sinapsta yer alan iki hücrenin her ikisi de yaklaşık olarak aynı anda aktive edilirse, kalsiyumun hedef hücreye akmasına izin veren bir kanal açılır. Kalsiyum girişi, nihai olarak hedef hücredeki glutamat reseptörlerinin sayısında bir artışa yol açan ikinci bir haberci kaskadı başlatır, böylece sinapsın etkin gücünü arttırır. Güçteki bu değişiklik haftalarca veya daha uzun sürebilir. 1973'te LTP'nin keşfinden bu yana, değişen koşullar tarafından indüklenen ve değişken zaman periyotları boyunca süren sinaptik güçte artışlar veya azalmalar içeren birçok başka sinaptik bellek izi türü bulunmuştur. Ödül sistemi , güçlendirir, örneğin davranış arzu bu, bir ödül-sinyal yolunun gelen kullanımları gelen ilave bir giriş şartına bağlıdır LTP bir varyant şekli bağlıdır dopamin nörotransmitter olarak. Tüm bu sinaptik değiştirilebilirlik biçimleri, toplu olarak alındığında, sinirsel plastisiteye , yani sinir sisteminin çevredeki değişikliklere kendini uyarlama yeteneğine yol açar .

Sinir devreleri ve sistemleri

Diğer hücrelere sinyal göndermenin temel nöronal işlevi, nöronların birbirleriyle sinyal alışverişinde bulunma yeteneğini içerir. Birbirine bağlı nöron grupları tarafından oluşturulan ağlar , özellik tespiti, örüntü oluşturma ve zamanlama dahil olmak üzere çok çeşitli işlevlere sahiptir ve sayısız türde bilgi işlemenin mümkün olduğu görülmektedir. Warren McCulloch ve Walter Pitts 1943'te bir nöronun büyük ölçüde basitleştirilmiş matematiksel soyutlamasından oluşturulan yapay sinir ağlarının bile evrensel hesaplama yeteneğine sahip olduğunu gösterdiler .

Ağrı yolunun İllüstrasyon, René Descartes 'ın Man Treatise

Tarihsel olarak, uzun yıllar boyunca, sinir sisteminin işlevine ilişkin baskın görüş, bir uyarıcı-tepki ilişkilendiricisiydi. Bu anlayışta, sinirsel işleme, duyusal nöronları aktive eden, omurilik ve beyindeki bağlantı zincirleri boyunca yayılan sinyaller üreten, sonunda motor nöronların aktivasyonuna ve dolayısıyla kas kasılmasına, yani açık tepkilere yol açan uyaranlarla başlar. Descartes, dil gibi daha yüksek bilişsel işlevlerin mekanik olarak açıklanamayacağına inanmasına rağmen, hayvanların tüm davranışlarının ve insanların davranışlarının çoğunun uyaran-tepki devreleriyle açıklanabileceğine inanıyordu. Charles Sherrington , 1906 tarihli etkili kitabı The Integrative Action of the Nervous System'da , uyaran-tepki mekanizmaları kavramını çok daha ayrıntılı bir şekilde geliştirdi ve 20. yüzyılın ortalarında Psikolojiye egemen olan düşünce okulu Davranışçılık , açıklamaya çalıştı. uyaran-tepki açısından insan davranışının her yönü.

Bununla birlikte, 20. yüzyılın başlarında başlayan ve 1940'larda yüksek verimliliğe ulaşan elektrofizyolojinin deneysel çalışmaları , sinir sisteminin, hücre uyarılabilirliğini sürdürmek ve harici bir uyarana ihtiyaç duymadan içsel olarak aktivite kalıpları oluşturmak için birçok mekanizma içerdiğini göstermiştir . Nöronların, tam bir izolasyonda bile düzenli aksiyon potansiyeli dizileri veya patlama dizileri üretebildiği bulundu. İçsel olarak aktif nöronlar karmaşık devrelerde birbirine bağlandığında, karmaşık zamansal kalıplar üretme olasılıkları çok daha geniş hale gelir. Modern bir anlayış, sinir sisteminin işlevini kısmen uyaran-tepki zincirleri ve kısmen de içsel olarak oluşturulmuş aktivite kalıpları açısından ele alır - her iki aktivite türü de tam davranış repertuarını oluşturmak için birbirleriyle etkileşime girer.

Refleksler ve diğer uyaran-tepki devreleri

Temel sinir sistemi fonksiyonunun basitleştirilmiş şeması: sinyaller duyusal reseptörler tarafından alınır ve omuriliğe ve beyne gönderilir, burada sinyaller omuriliğe geri gönderilir ve ardından motor nöronlara gönderilir.

En basit nöral devre türü, duyusal bir girdi ile başlayan ve seri olarak bağlanmış bir dizi nörondan geçen bir motor çıkışı ile biten bir refleks arkıdır . Bu, sıcak bir sobaya dokunulduktan sonra bir elin geri çekilmesine neden olan "geri çekilme refleksinde" gösterilebilir. Devre , zararlı ısı seviyeleri tarafından aktive edilen derideki duyu alıcıları ile başlar : zara gömülü özel bir moleküler yapı, ısının zar boyunca elektrik alanını değiştirmesine neden olur. Elektrik potansiyelindeki değişiklik, verilen eşiği geçecek kadar büyükse, alıcı hücrenin aksonu boyunca omuriliğe iletilen bir aksiyon potansiyelini uyandırır. Orada akson, bazıları omuriliğin aynı bölgesine yansıyan (aksonal çıktı gönderen) ve diğerleri beyne yansıyan diğer hücrelerle uyarıcı sinaptik temaslar kurar. Hedeflerden biri , kol kaslarını kontrol eden motor nöronlara yansıyan bir dizi spinal internörondur . Ara nöronlar motor nöronları uyarır ve uyarım yeterince güçlüyse, bazı motor nöronlar, aksonlarından aşağı, kas hücreleriyle uyarıcı sinaptik temas kurdukları noktaya kadar hareket eden aksiyon potansiyelleri üretir. Uyarıcı sinyaller, koldaki eklem açılarının değişmesine ve kolun çekilmesine neden olan kas hücrelerinin kasılmasını indükler.

Gerçekte, bu basit şema sayısız karmaşıklığa tabidir. En basit refleksler için duyusal nörondan motor nörona kısa nöral yollar olmasına rağmen , devreye katılan ve yanıtı modüle eden yakındaki başka nöronlar da vardır. Ayrıca, beyinden omuriliğe refleksi artırabilen veya engelleyebilen projeksiyonlar vardır.

En basit refleksler tamamen omurilik içinde yer alan devreler tarafından aracılık edilebilse de, daha karmaşık tepkiler beyindeki sinyal işlemeye dayanır. Örneğin, görme alanının çevresindeki bir nesne hareket ettiğinde ve bir kişi ona doğru baktığında, sinyal işlemenin birçok aşaması başlatılır. Gözün retinasındaki ilk duyusal yanıt ve beyin sapının okülomotor çekirdeklerindeki son motor yanıt, basit bir reflekstekilerden tamamen farklı değildir, ancak ara aşamalar tamamen farklıdır. Bir veya iki aşamalı işlem zinciri yerine, görsel sinyaller talamus, serebral korteks, bazal gangliyonlar, üst kollikulus, serebellum ve birkaç beyin sapı çekirdeğini içeren belki de bir düzine entegrasyon aşamasından geçer. Bu alanlar, özellik algılama , algısal analiz, hafıza geri çağırma , karar verme ve motor planlamayı içeren sinyal işleme fonksiyonlarını gerçekleştirir .

Özellik algılama , duyusal sinyal kombinasyonlarından biyolojik olarak ilgili bilgileri çıkarma yeteneğidir. Gelen görme sisteminin , örneğin, duyusal reseptörleri retinada gözün sadece bireysel olarak dış dünyada "ışık noktaları" algılayabilirler. İkinci seviye görsel nöronlar, birincil reseptör gruplarından girdi alır, daha yüksek seviyeli nöronlar, ikinci seviye nöron gruplarından girdi alır ve bu şekilde işleme aşamaları hiyerarşisi oluşturur. Her aşamada, sinyal grubundan önemli bilgiler çıkarılır ve önemsiz bilgiler atılır. Sürecin sonunda, "ışık noktalarını" temsil eden giriş sinyalleri, çevreleyen dünyadaki nesnelerin ve özelliklerinin sinirsel bir temsiline dönüştürülmüştür. En gelişmiş duyusal işlem beynin içinde gerçekleşir, ancak karmaşık özellik çıkarımı da omurilikte ve retina gibi çevresel duyu organlarında gerçekleşir.

İçsel kalıp oluşturma

Uyaran-tepki mekanizmaları, anlaşılması en kolay mekanizma olmasına rağmen, sinir sistemi ayrıca, içsel olarak oluşturulan aktivite ritimleri aracılığıyla, vücudu harici bir uyarı gerektirmeyen şekillerde kontrol etme yeteneğine de sahiptir. Bir nöronun zarına gömülebilen voltaja duyarlı iyon kanallarının çeşitliliği nedeniyle, birçok nöron türü, izole halde bile, ritmik aksiyon potansiyeli dizileri veya yüksek hızlı patlama ve sessizlik arasında ritmik değişimler üretme yeteneğine sahiptir. . Özünde ritmik olan nöronlar, uyarıcı veya engelleyici sinapslarla birbirine bağlandığında, ortaya çıkan ağlar, çekici dinamikleri, periyodiklik ve hatta kaos dahil olmak üzere çok çeşitli dinamik davranışlarda bulunabilir . Karşılık gelen geçici olarak yapılandırılmış bir uyarana ihtiyaç duymadan geçici olarak yapılandırılmış çıktı üretmek için kendi iç yapısını kullanan bir nöron ağına merkezi model oluşturucu denir .

Dahili kalıp oluşturma, milisaniyeden saatlere veya daha uzun süreye kadar geniş bir zaman ölçeğinde çalışır. Zamansal kalıbın en önemli türlerinden biri sirkadiyen ritmiktir - yani yaklaşık 24 saatlik bir periyoda sahip ritmiklik. İncelenen tüm hayvanlar, uyku-uyanıklık döngüsü gibi davranışlardaki sirkadiyen değişimleri kontrol eden nöral aktivitede sirkadiyen dalgalanmalar göstermektedir. 1990'lara dayanan deneysel çalışmalar, sirkadiyen ritimlerin, ekspresyon seviyesi gün boyunca artan ve azalan özel bir dizi genden oluşan bir "genetik saat" tarafından üretildiğini göstermiştir. Böcekler ve omurgalılar kadar çeşitli hayvanlar benzer bir genetik saat sistemini paylaşır. Sirkadiyen saat ışıktan etkilenir ancak ışık seviyeleri sabit tutulduğunda ve başka hiçbir harici günün saati ipucu mevcut olmadığında bile çalışmaya devam eder. Saat genleri, sinir sisteminin birçok yerinde ve birçok çevresel organda ifade edilir, ancak memelilerde, tüm bu "doku saatleri", beynin küçük bir bölümündeki usta bir zaman tutucudan yayılan sinyallerle eşzamanlı olarak tutulur. üst kiazmatik çekirdek .

Ayna nöronları

Bir ayna nöron , bir nöron olduğu yangın hem bir hayvan hareket etmesiyle ve hayvan bir diğeri ile gerçekleştirilen aynı işlem gözlemlediğinde. Böylece nöron, sanki gözlemcinin kendisi hareket ediyormuş gibi, diğerinin davranışını "yansıtır". Bu tür nöronlar, primat türlerinde doğrudan gözlemlenmiştir . Kuşların taklit rezonans davranışlarına sahip oldukları gösterilmiştir ve nörolojik kanıtlar, bir tür aynalama sisteminin varlığını düşündürmektedir. İnsanlarda, premotor kortekste , ek motor alanda , birincil somatosensoriyel kortekste ve alt parietal kortekste ayna nöronlarınkiyle tutarlı beyin aktivitesi bulunmuştur . Ayna sisteminin işlevi çok fazla spekülasyon konusudur. Bilişsel sinirbilim ve bilişsel psikoloji alanındaki birçok araştırmacı, bu sistemin algı/eylem eşleşmesi için fizyolojik mekanizma sağladığını düşünmektedir ( ortak kodlama teorisine bakınız ). Ayna nöronların diğer insanların hareketlerini anlamak ve taklit yoluyla yeni beceriler öğrenmek için önemli olabileceğini savunuyorlar. Bazı araştırmacılar ayna sistemlerinin gözlemlenen eylemleri simüle edebileceğini ve böylece zihin becerileri teorisine katkıda bulunabileceğini düşünürken, diğerleri ayna nöronları dil yetenekleriyle ilişkilendiriyor . Bununla birlikte, bugüne kadar, ayna nöron aktivitesinin taklit gibi bilişsel işlevleri nasıl desteklediğini açıklamak için yaygın olarak kabul edilen hiçbir sinirsel veya hesaplama modeli ortaya konmamıştır. Ayna nöronların rolü için ileri sürülen iddiaların yeterli araştırmalarla desteklenmediğine dikkat çeken sinirbilimciler var.

Gelişim

Omurgalılarda, embriyonik Merkezi sinir gelişme içerir doğum ve farklılaşmasını ait nöronlar gelen kök hücre öncülerinin, taşıma nihai konumlarına embriyo kendi yerlerinden gelen olgunlaşmamış nöronların, aşırı büyümesini aksonlar nöronlardan ve rehberlik hareketli bir büyüme konisi yoluyla postsinaptik ortakları doğru embriyo, nesil sinaps nihayet bu aksonlar ve bunların postsinaptik ortakları ve yaşam boyu arasındaki değişimler altında yatan öğrenme ve hafıza düşünülen sinapslardaki.

Gelişimin erken bir aşamasındaki tüm iki taraflı hayvanlar, bir ucu hayvan direği ve diğer ucu bitki direği olarak adlandırılan polarize bir gastrula oluşturur . Gastrula, üç hücre katmanından oluşan bir disk şeklindedir, çoğu iç organın astarını oluşturan endoderm adı verilen bir iç katman , kemikleri ve kasları oluşturan mezoderm adı verilen orta katman ve bir deriye ve sinir sistemine yol açan ektoderm adı verilen dış tabaka .

Sinirsel oluk gösteren insan embriyosu
İnsan embriyosundaki nöral tüpün gelişimindeki dört aşama

Omurgalılarda, sinir sisteminin ilk belirtisi, nöral plaka adı verilen, sırtın merkezi boyunca uzanan ince bir hücre şeridinin ortaya çıkmasıdır . Nöral plakanın iç kısmı (orta hat boyunca) merkezi sinir sistemi (CNS), dış kısmı ise periferik sinir sistemi (PNS) olmaya mahkumdur . Gelişim ilerledikçe, orta hat boyunca nöral oluk adı verilen bir kıvrım belirir. Bu kıvrım derinleşir ve daha sonra üstte kapanır. Bu noktada gelecekteki CNS, nöral tüp adı verilen silindirik bir yapı olarak görünürken, gelecekteki PNS , nöral tüpün üzerinde uzunlamasına uzanan nöral kret adı verilen iki doku şeridi olarak görünür . Sinir borusu ve nöral sinir plakadan aşamaların sırası olarak bilinen nörülasyon .

20. yüzyılın başlarında, Hans Spemann ve Hilde Mangold tarafından yapılan bir dizi ünlü deney, sinir dokusu oluşumunun, düzenleyici bölge adı verilen bir grup mezodermal hücreden gelen sinyaller tarafından "uyarıldığını" gösterdi . Yine de onlarca yıl boyunca, nöral indüksiyonun doğası, onu anlamaya yönelik her girişimi alt etti, ta ki 1990'larda genetik yaklaşımlarla nihayet çözülene kadar. Nöral dokunun uyarılması , sözde bir kemik morfogenetik proteini veya BMP için genin inhibisyonunu gerektirir . Spesifik olarak BMP4 proteininin dahil olduğu görülmektedir. Her ikisi de mezoderm tarafından salgılanan Noggin ve Chordin adlı iki protein , BMP4'ü inhibe edebilir ve böylece ektodermi nöral dokuya dönüştürmek için indükleyebilir. Benzer bir moleküler mekanizmanın, omurgalıların yanı sıra eklembacaklılar da dahil olmak üzere çok farklı hayvan türleri için söz konusu olduğu görülmektedir. Ancak bazı hayvanlarda, Fibroblast Büyüme Faktörü veya FGF adı verilen başka bir molekül türü de indüksiyonda önemli bir rol oynayabilir.

Nöral dokuların uyarılması , nöroblastlar adı verilen nöral öncü hücrelerin oluşumuna neden olur . Drosophila'da, nöroblastlar asimetrik olarak bölünür, böylece bir ürün bir "ganglion ana hücresi" (GMC) ve diğeri bir nöroblasttır. Bir GMC, bir çift nöron veya bir çift glial hücre oluşturmak için bir kez bölünür. Toplamda, bir nöroblast sınırsız sayıda nöron veya glia üretme yeteneğine sahiptir.

2008 yılında yapılan bir çalışmada gösterildiği gibi, (insanlar dahil) tüm iki taraflı organizmalar için ortak olan bir faktör , nöronların büyümesini ve hayatta kalmasını düzenleyen nörotrofinler adı verilen bir salgılanmış sinyal molekülleri ailesidir . Zhu et al. sineklerde bulunan ilk nörotrofin olan DNT1'i tanımladı . DNT1, bilinen tüm nörotrofinlerle yapısal benzerliği paylaşır ve Drosophila'daki nöronların kaderinde önemli bir faktördür . Nörotrofinler artık hem omurgalılarda hem de omurgasızlarda tanımlandığından, bu kanıt, nörotrofinlerin iki taraflı organizmalarda ortak bir atada bulunduğunu ve sinir sistemi oluşumu için ortak bir mekanizmayı temsil edebileceğini göstermektedir.

Patoloji

Beyni ve omuriliği koruyan katmanlar.

Merkezi sinir sistemi büyük fiziksel ve kimyasal engellerle korunur. Fiziksel olarak, beyin ve omurilik sert meningeal zarlarla çevrilidir ve güçlü bir fiziksel kalkan oluşturmak üzere birleşen kafatası ve vertebral kolonun kemikleri ile çevrilidir . Kimyasal olarak, beyin ve omurilik , çoğu kimyasal türünün kan dolaşımından CNS'nin içine hareket etmesini engelleyen kan-beyin bariyeri tarafından izole edilir . Bu korumalar, CNS'yi birçok yönden PNS'den daha az duyarlı hale getirir; Ancak işin diğer tarafı, CNS'ye verilen hasarın daha ciddi sonuçlara yol açma eğiliminde olmasıdır.

Sinirler , dirsek ekleminin yakınındaki ulnar sinir gibi birkaç yer dışında derinin altında yatma eğiliminde olsalar da, yine de ağrıya, duyu kaybına veya kas kontrolünün kaybına neden olabilen fiziksel hasara nispeten maruz kalırlar. Sinirlerin zarar görmesi, karpal tünel sendromunda olduğu gibi, sinirin sıkı bir kemik kanalından geçtiği yerlerdeki şişlik veya morluklardan da kaynaklanabilir . Bir sinir tamamen kesilirse, genellikle yenilenir , ancak uzun sinirler için bu işlemin tamamlanması aylar alabilir. Fiziksel hasara ek olarak, periferik nöropati , genetik koşullar, diyabet gibi metabolik durumlar , Guillain-Barré sendromu gibi inflamatuar durumlar , vitamin eksikliği, cüzzam veya zona gibi bulaşıcı hastalıklar veya zehirlenme gibi diğer birçok tıbbi sorundan kaynaklanabilir . ağır metaller gibi toksinler. Birçok vakanın tanımlanabilecek bir nedeni yoktur ve idiyopatik olarak adlandırılır . Sinirlerin geçici olarak işlevini kaybetmesi ve sertlik olarak uyuşma ile sonuçlanması da mümkündür - yaygın nedenler arasında mekanik basınç, sıcaklıkta bir düşüş veya lidokain gibi lokal anestezik ilaçlarla kimyasal etkileşimler bulunur .

Omurilikte fiziksel hasar , duyu veya hareket kaybına neden olabilir . Omurga yaralanması şişmeden daha kötü bir şey üretmezse, semptomlar geçici olabilir, ancak omurgadaki sinir lifleri gerçekten tahrip olmuşsa, fonksiyon kaybı genellikle kalıcıdır. Deneysel çalışmalar, omurilik sinir liflerinin sinir lifleriyle aynı şekilde yeniden büyümeye çalıştığını, ancak omurilikte doku yıkımının genellikle yeniden büyüyen sinirler tarafından nüfuz edilemeyen skar dokusu oluşturduğunu göstermiştir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma

Dış bağlantılar