روایت مغز: سیناپس: محل اتصال سلول های عصبی

مقدمه

سیناپس به محل ارتباط سلول به سلول گفته می‌شود و جایی است که آکسون نورون انتقال دهنده پیام (سلول پیش سیناپسی) با دندریت نورون گیرنده (سلول پس سیناپسی) ارتباط برقرار می‌کند. وظیفه سیناپس‌ها انتقال پیام از یک نورون به دیگر است و این کار عمدتاً از طریق انتقال دهنده‌های عصبی شیمیایی و گاهی اوقات از طریق ارتباط الکتریکی انجام می‌شود. یک نورون معمولی در مغز پستانداران می‌تواند بیش از ۱۰،۰۰۰ سیناپس را دریافت یا منتقل کند. اعتقاد بر این است که مغز انسان بالغ، بیش از ۱۰۱۴ (۱۰۰ تریلیون) سیناپس دارد؛ به طور متوسط ، در هر میلی متر مکعب از قشر مغز، ۱ میلیارد سیناپس وجود دارد.

در سیناپس‌های شیمیایی، با رسیدن پیام به نورون پیش سیناپسی، سلول تحریک شده و ویزیکول حاوی انتقال دهنده عصبی به فضای کوچکی یعنی شکاف سیناپسی باز می‌شود. انتقال دهنده‌های عصبی به گیرنده‌های مخصوص خود در نورون پس سیناپسی متصل شده و یک باعث ایجاد یک سری تغییرات در سلول پس سیناپسی می‌شود. لازم به ذکر است که  انتقال دهنده‌های عصبی پس از انجام وظیفه و انتقال پیام خود، باید از سیناپس به سرعت پاک شوند تا فعالیت نورون‌ها به درستی و به اندازه تنظیم شود.  

در مقاله یکپارچه سازی سیستم عصبی، شرینگتون به توضیح مفهوم سیناپس به عنوان یک پیوند برای عملکرد رفلکس قوسی، نظریه نورونی و انتقال سیناپسی پرداخته است. همچنین هانس هلد (Hans Held) نیز در سال ۱۸۹۷ و در همان سالی که شرینگتون اصطلاح سیناپس را معرفی کرد، در کتاب خود این گونه توضیح می‌دهد که ممکن است تا این لحظه از نظر بافت شناسی، مسیرهای انتقالی سلولی را به وضوح مشاهده نشوند، اما از نظر فیزیولوژیکی وجود دارند و بریا انتقال پیام استفاده می‌شوند. شرینگتون کلمه سیناپس را با استفاده از دو اصطلاح یونانی syn- به معنی با یکدیگر و haptein به معنی جفت کردن معرفی کرد.

باید اشاره کرد که پیش از شرینگتون کاخال (Cajal)، که همراه با گلژی جایزه نوبل سال ۱۸۸۰ را دریافت کرد، بر خلاف گلژی معتقد بود که ارگان عصبی، حاوی سلول‌هایی گسسته هستند و شاید برای اولین بار یک طرفه بود جریان عصبی در طول اکسون، دریافت اطلاعات از طریق دندریت‌ها و وجود یک شکاف واضح بین سلول‌ها را عنوان کرد. با این حال، ماهیت این شکاف‌ها و نحوه انتقال پیام در آن زمان ناشناخته بود.

چارلز اسکات شرینگتون

چارلز اسکات شرینگتون در سال ۱۸۵۷ در ایسلینگتون (Islington) لندن متولد شد. او یک عصب شناس، بافت شناس، باکتری شناس و آسیب شناس پزشکی است و در سال ۱۹۳۲ به همراه ادگار آدریان (Edgar Adrian) جایزه نوبل پزشکی و فیزیولوژی را دریافت کرد.

پدرش جیمز نورتون شرینگتون (James Norton Sherrington)، هنگامی که تنها ۹ ساله بود، درگذشت و مادرش بعدها با دکتر کالب رز (Caleb Rose) که یک پژوهشگر کلاسیک و باستان شناس برجسته‌ای بود،  ازدواج کرد. احتمالاً علاقه شرینگتون به هنر که در طول زندگیش نیز حفظ کرد نیز به همین مربوط است.

در سال ۱۸۷۶ شرینگتون تحصیلات پزشکی خود را در بیمارستان سنت توماس (St. Thomas’s) آغاز کرد و در سال ۱۸۷۸ امتحان اولین کالج سلطنتی جراحان را گذرانده و سال بعد امتحان اولیه تخصص کالج را قبول کرد. پس از مدت کوتاهی توقف در ادینبورگ (Edinburgh)، در سال ۱۸۷۹ به عنوان دانشجویی غیر آکادمیک به تحصیل فیزیولوژی تحت نظر مایکل فاستر (Michael Foster)، در کمبریج مشغول شد و در سال ۱۸۸۰ وارد کالج گونویل و کایوس (Gonville and Caius) شد و لیسانس خود را در ۱۸۸۳ دریافت کرد. برای بررسی شیوع وبا به عنوان عضو انجمن تحقیقات پزشکی، در سال ۱۸۸۵ به اسپانیا و در سال ۱۸۸۶ به ونیز سفر کرد. پس از یک سال تحقیق در زمینه باکتری شناسی، شرینگتون به عنوان عضوی از گنویل و کایوس انتخاب شد و در کمبریج به تدرس فیزیولوژی پرداخت. او در دانشگاه‌ها و موسسه‌های دیگر نیز مدتی به عنوان استاد دانشگاه به تدریس پرداخت: استاد و سرپرست موسسه براون برای تحقیقات فیزیولوژیکی و پاتولوژیک پیشرفته (۹۵- ۱۸۹۱)؛ استاد فیزیولوژی در دانشگاه لیورپول (۱۹۱۳-۱۸۹۵)؛ و استاد فیزیولوژی وینفلت (Waynfleet) در آکسفورد (۳۵- ۱۹۱۳).

بیش‌ترین تحقیقات شرینگتون بر روی عملکرد عصبی جانوان متمرکز بود. او در مقالات خود در سال ۱۹۰۶ که با عنوان “عمل یکپارچه سازی سیستم عصبی” منتشر شد، او به بررسی سه ارگان اصلی حسی پرداخت. او با استفاده از اصطلاحات نورون و سیناپس، تئوری تحریک عصبی متقابل (reciprocal innervation) را مطرح کرده و این گونه توضیح داد  که با تحریک مجموعه‌ای از ماهیچه‌ها، تحریک و انقباض دسته عضلات مقابل، متوقف می‌شوند. این اصطلاح با نام قانون شرینگتون نیز شناخته می‌شود.علاوه بر این، او تحقیقات زیادی را برای درک نقش و عملکرد ستون مهره انجام داد.

چارلز شرینگتون پس از بازنشستگی نیز به مطالعه و تحقیق پرداخت و  همچنین مجموعه‌ای از اشعار و کتابی با مضامین فلسفی مانند رابطه ذهن، مغز و روح را منتشر کرد. او به عبا نارسایی قلبی در سال ۱۹۵۲ در نود و پنج سالگی در ایستبورن (Eastbourne) درگذشت.

کار شرینگتون

برای بسیاری از افراد، چارلز اسکات شرینگتون تداعی گر ورود اصطلاح سیناپس به پزشکی است. از این کلمه برای توصیف محل ارتباط دو نورون استفاده می‌شود. در سال ۱۸۹۷، در چاپ هفتم کتاب فاستر (Foster) شرینگتون به عنوان دستیار نویسنده نوشته‌های خود در مورد سیناپس را منتشر کرد. او در همین نسخه از کلمه سیناپس برای اولین بار استفاده کرده است.

با استفاده از مشاهدات و توصیفی که او از سیناپس‌ها داشت، توانست تحقیقات زیادی را درباره سیستم عصبی و عملکرد آن انجام دهد. احتمالاً ایده پرداختن و استفاده از اصطلاح سیناپس، بر گرفته از نوشته‌هایی باشد که کاخال در توصیف سلول‌های عصبی مجزا در مغز انجام داده است. او از نظریه قطبی شدن پویای سلول‌های عصبی که کاخال در سال ۱۸۸۹ ارائه داده است استفاده کرد. او در این تئوری توضیح می‌دهد که پایانه‌های دکمه مانند نورون‌ها نقطه پایان آکسون‌ها بوده و این نقاط در ارتباط با دندریت‌ها یا خود سلول‌های عصبی گیرنده قرار می‌گیرند اما ارتباط فیزیکی‌ای وجود ندارد. با فعال شدن تعداد کافی از پایانه‌های دکمه مانند، تغییراتی از نظر یونی در سیناپس ایجاد می‌شود و سلول بعدی تحریک می‌شود.

پیش از کاخال، اعتقاد بر این بود که مغز از شبکه‌ای عصبی و در هم تورفته اعصاب تشکیل شده است. البته کاخال نتوانست ارتباط بین سلول‌ها را توضیح دهد.

شرینگتون در مطالعات خود به وجود غشای خاصی اشاره می‌کند دو سلول عصبی را که از یکدیگر جدا می‌کنند. با استفاده از میکروسکوپ‌های موجود در آن زمان، مشاهده فاصله موجود در سیناپس‌ها ممکن نبود، بنابراین شرینگتون سیناپس را یک فضای جدا کننده عملکردی تعریف کرد (اما به ماهیت جدا کننده این فضا تاکید زیادی داشت).

او این فرضیه را بر اساس مشاهداتی که در تحقیقات خود انجام داده است مطرح کرد؛ به عنوان مثال، او متوجه شد در صورتی که سیگنال‌ها به راحتی از طریق شبکه عصبی ساده‌ای (بدون وجود فاصله) منتقل می‌شدند، رفلکس‌های عصبی باید سرعت بسیار بالاتری داشتند. از مثال‌های دیگر می‌توان به تولید طولانی مدت موتورونورون‌ها* از طریق چندین سیناپس، مهار شدن نورون پس از تخلیه اشاره کرد که همگی شواهدی از وجود سیناپس‌ها را فراهم می‌کنند.

او در ابتدا تصمیم داشت از اصطلاح سندیسم (syndesm) را برای فاصله عملکردی موجود بین نورون‌ها استفاده کند، اما با پیشنهاد یکی از دوستانش کلمه یونانی سیناپس را جایگزین کرد.

بدین گونه اصطلاح سیناپس وارد دنیای پزشکی شد اما لازم به ذکر است که تحقیقات او درباره سیناپس تنها بخشی از سال‌ها مطالعات وی در حوزه رفلکس‌ها، ارتباطات عصبی-عضلانی بود. شرینگتون با توضیح مکانیسم رفلکس مشهور زانو، خدمت بزرگی را در حق این حیطه انجام داده است.  

شرینگتون در کتاب خود توضیح می‌دهد که در محل پیوند بین سلول‌ها اگر حتی واقعاً محل تلاقی و جدایی وجود نداشته باشد، باید نوعی سطح یا غشای جدا کننده وجود داشته باشد. باور بر این است که در محل ارتباط بین نورون وابران و سلول‌های عضلانی یا اندامی که عصب دهی می‌شود، تلاقی و به هم چسبیدگی واقعی بین دو سلول وجود ندارد، بلکه یک سطحی دو سلول را از هم جدا می‌کنند و این سطح جدا کننده از نظر جسمی نوعی غشا محسوب می‌شود. اگر چه وجود شواهد این سطح جدا کننده بین اعصاب و اندام‌ها مانند قوس رفلکسی و پایانه عصبی وجود ندارد، اما به نظر می‌رسد که این ویژگی‌ها در این این پیوندها نیز وجود دارند. اگر عنصری که موجب رسانایی نورون می‌شود، مایع باشد، و اگر در محل ارتباط بین نورون و نورون دیگر، ماده رسانای یک سلول با ماده رسانای دیگری با یکدیگر مخلوط نشوند، پس یک سطح جدایی بین این دو وجود دارد؛ فارغ از این که این سطح در زیر میکروسکوپ قابل دیدن باشد یا خیر. چنین سطحی ممکن است در تنظیم فرآیند‌های انتشار، حفظ فشار اسمزی، محدود کردن حرکت یون‌ها، تجمع بار الکتریکی، پشتیبانی از یک لایه الکتریکی مضاعف و تغییر میزان و سطح فشار نقش داشته باشد.