Transcript Document 7712608

TOPICS
1. Animal nutrition (2 ชม.)
(Digestive system)
2. Circulation and gas exchange (2.5 ชม.)
(Circulatory and Respiratory system)
3. Controlling the internal environment (1.5 ชม.)
(Homeostasis and Excretory system)
4. Chemical signal in animals (1 ชม.)
(Endocrine system)
5. Nervous system (2 ชม.)
6. Sensory and motor mechanism (2 ชม.)
5. NERVOUS SYSTEM
-เซลล์ ประสาท (neuron or nerve cell) เป็ นเซลล์ ท่ ีมีคุณสมบัตใิ นการเปลี่ยนแปลง
พลังงานจากรู ปแบบหนึ่งไปเป็ นอีกรู ปแบบหนึ่ง (transducer) เช่ นเปลี่ยนจาก
สารเคมี ความร้ อน และความดันที่มากระตุ้น (stimulus) ให้ เป็ นสัญญาณไฟฟ้ า
(electrical signal) ที่เรี ยกว่ า nerve impulse หรื อ action potential
โครงสร้ างเซลล์ ประสาทและซิแนปส์ (Synapse)
-เซลล์ ประสาทประกอบด้ วย 4 ส่ วนหลัก คือ dendrite, cell body, axon และ synaptic
terminal
Dendrite
-dendrite นาคาสั่ง/ข้ อมูลจากเซลล์ อ่ ืนในรู ปของ
สัญญาณไฟฟ้ ามายัง cell body (ทำหน้ ำที่คล้ ำยเสำ
อำกำศ)
-มักมีแขนงสัน้ ๆ จานวนมาก เพื่อให้ มีพนื ้ ที่ผิว
มากและสามารถรั บข้ อมูลได้ มากๆ ก่ อนจะ
ส่ งข้ อมูลไปยัง cell body
-มี polyribosome (or Nissl body) อยู่ในบริเวณที่
dendrite รั บข้ อมูล
-คาสั่งอาจจะส่ งหรื อไม่ ส่งต่ อไปยังaxon ขึน้ อยู่
กับความแรงของสัญญาณว่ าถึง threshold
หรื อไม่
-ในเซลล์ ประสาทที่ไม่ มี dendrite จะรั บข้ อมูล
โดยตรงทาง cell body
Cell body
-Cell body หรื อ soma รั บข้ อมูลจาก dendrite และส่ งคาสั่ง
ต่ อไปยัง axon (ทำหน้ ำที่คล้ ำย maintenance site)
-ประกอบด้ วย nucleus&organelle ต่ าง ๆ เหมือนเซลล์ ท่ ัวไป
-ganglion (ganglia):การเข้ ามารวมกลุ่มกันของnerve cell
body ในบริเวณ PNS เช่ นที่ dorsal root ganglion (or
sensory ganglion)
-Nucleus (nuclei):การเข้ ามารวมกลุ่มกันของnerve cell body
ในสมอง (CNS)ของสัตว์ มีกระดูกสันหลัง
Axon
-axon นาคาสั่งในรู ปของ action potential จาก
cell bodyไปยังเซลล์ /neuron อื่น (ทำ
หน้ ำที่คล้ ำยสำยเคเบิล) นอกจากนีย้ ังทาหน้ าที่
ขนส่ งสารที่ cell body สร้ างไปยัง axon
ending หรื อจาก axon ending
cell body
-axon เชื่อมต่ อกับ cell body ตรงบริเวณที่
เรี ยกว่ า axon hillox
-axon hillox: รวบรวมสัญญาณที่ส่งมาจาก
dendrite และก่ อให้ เกิด action potential (ถ้ ำ
สัญญำณที่รวบรวมได้ ไม่ถึง threshold ก็ไม่เกิด action
potential)
-Nerve: มัดของ axons หลายๆอันมารวมกัน
Synaptic terminal
-synaptic terminal (axon ending):ส่ วนปลายของaxon ทาหน้ าที่หลั่งสาร
neurotransmitter
-synapse:บริเวณที่ synaptic terminal ไปสัมผัสกับเซลล์ เป้ าหมาย(neuron/effector)
-เซลล์ ท่ ีส่งสัญญาณเรี ยก presynaptic cell
-เซลล์ เป้ าหมายเรี ยก postsynaptic cell (จะมี receptorต่อneurotransmitterของ presynaptic cell)
เปรียบเทียบความแตกต่ างระหว่ าง axon และ dendrite
Axon
Dendrite
1.นาข้ อมูล/สัญญาณออกจากเซลล์
2.smooth surface
1.นาข้ อมูล/สัญญาณเข้ าสู่เซลล์
2.rough surface (dendritic spine)
3.มี 1 axon/cell
3.ส่ วนใหญ่ มีมากกว่ า 1 dendrite/cell
4.ไม่ มี ribosome
4.มี ribosome
5.มี myelin
5.ไม่ มี myelin
6.มีการแตกแขนงในตาแหน่ งที่ห่างจาก
cell body
6.แตกแขนงในตาแหน่ งที่ใกล้ กับ
cell body
Supporting cell or glial cells or glia
-Glia:ทาหน้ าที่คา้ จุนเซลล์ ประสาท มีจานวนมากกว่ าเซลล์ ประสาท 10-50 เท่ า ไม่ มี
บทบาทในการส่ งสัญญาณประสาท
-Astrocyte:glia cellในCNSเกิดtight junctionรอบๆcapillary ทาให้ เกิด Blood-brain barrier
-Oligodendrocyte(ในCNS)และSchwann cell (ในPNS): glial cell ที่เป็ นmyelin sheath
Blood-brain barrier
Neuron แบ่ งเป็ น 3 ชนิด ตามการนาคาสั่ง
1. Receptor (sensory) neuron อาจทาหน้ าที่
เป็ นตัวรั บในการรั บสิ่งเร้ าโดยตรง (เป็ น
receptor neuron) เช่ น olfactory nerve cells
หรื อรั บคาสั่งจาก receptor cell (เช่ น
photoreceptor cell) อีกทีหนึ่ง (เป็ น sensory
neuron) แล้ วแปลคาสั่งจากสิ่งเร้ าในรู ปแบบ
ต่ างๆเป็ น electrical signal ส่ งไปยังinterneuron
หรื อ motor neuron โดยตรง
2.Interneuron รั บข้ อมูลจาก receptor neuron,
sensory neuron หรื อ interneuron อื่น
รวบรวมข้ อมูล แปลผล และส่ งคาสั่งไปยัง
motor neuron
3.Effector (motor) neuron นาคาสั่งในการ
ตอบสนองจาก interneuron ไปยัง effector
cells
การทางานของระบบประสาท จะประสานงานกัน 3 ส่ วน
1.ส่ วนที่รับสัญญาณเข้ า (sensory input) จาก sensory receptor
2.ส่ วนที่รวบรวมและแปลผล (integration center): CNS
3.ส่ วนที่ส่งสัญญาณออก (motor output) ไปยัง effector cells
PNS
Reflex arc
sensory receptor
effector
sensory neuron
motor neuron
integration center
or interneuron
บริเวณที่มี interneuronรวม
กันมำกที่สดุ คือสมอง
Membrane potential
-membrane potential: ความต่ างศักย์ ท่ ีเยื่อเซลล์
เนื่องจากความแตกต่ างของอิออน ภายใน-นอก
เซลล์ (Na+ K+ Cl- และโปรตีน) ปกติมีค่า= -50 ถึง
-100 mV (ค่ำติดลบหมำยถึงภำยในเซลล์มีขวเป็
ั ้ นลบเมื่อ
เทียบกับนอกเซลล์)
-สามารถวัดได้ โดยใช้ microelectrode ต่ อกับ
voltmeter หรื อoscilloscope หรื อใช้
micromanipulator วัด
-membrane potential ของเซลล์ ประสาทขณะที่ยัง
ไม่ ถูกกระตุ้นเรี ยก
resting potential
-Chemically-gated ion channels: เป็ นประตูท่ เี ปิ ด-ปิ ดเมื่อได้ รับการกระตุ้นจาก
สารเคมี เช่ น neurotransmitter โดย gated ion channel จะจาเพาะต่ อ ion ชนิดใด
ชนิดหนึ่งเท่ านัน้
-Voltage-gated ion channels: เป็ นประตูท่ เี ปิ ด-ปิ ดจากการกระตุ้นของ membrane
potential
Hyperpolarization และ depolarization
Hyperpolarization: เป็ นการเพิ่ม
ศักย์ ไฟฟ้ าที่เยื่อเซลล์ เช่ น จาก
การเปิ ดของ K+ channel, K+
เคลื่อนออกจากเซลล์ เพิ่มขึน้ ทา
ให้ ภายในเยื่อเซลล์ มีประจุเป็ น
ลบเพิ่มขึน้ (-70mV
-90mV)
Depolarization: เป็ นการลด
ศักย์ ไฟฟ้ าที่เยื่อเซลล์ เช่ น จาก
การเปิ ดของ Na+ channel, Na+
เคลื่อนเข้ าสู่เซลล์ เพิ่มขึน้ ทาให้
ภายในเยื่อเซลล์ มีประจุเป็ นลบ
ลดลง(-70mV
-50mV)
Graded potential การเปลี่ยนแปลงศักย์ ไฟฟ้ า
(hyper & depolarization) ตามความแรงของสิ่งเร้ า
Action potential
-action potential: การเปลี่ยนแปลง membrane potential อย่ างรวดเร็วของเซลล์
ประสาทเมื่อได้ รับการกระตุ้นจากสิ่งเร้ า ที่ทาให้ เกิด depolarization จนถึงระดับ
threshold potential
-เกิดที่ axon เท่ านัน้ และเป็ นแบบ all-or-none
แบ่ งเป็ น 5 ระยะดังนี ้
1.Resting state
2.Threshold
3.Depolarization
4.Repolarization
5.Undershoot
ระยะที่ 1: Resting State
-ทัง้ voltage-gated Na+ และ K+
channel ปิ ด ไม่ เกิดการ
เปลี่ยนแปลงต่ อ membrane’s
resting potential
ระยะที่ 2: Threshold
-สิ่งเร้ ามากระตุ้น ทาให้ Na+ channel
บางส่ วนเปิ ด ถ้ าการไหลของ Na+ เข้ าสู่
เซลล์ มากพอจนถึงระดับ threshold
potential จะกระตุ้น Na+ gate เปิ ดมากขึน้
และกระตุ้นให้ เกิด action potential
ระยะที่ 3: Depolarization
-activation gate ของ
Na+ channel เปิ ด แต่ K+
channelยังคงปิ ดอยู่
ดังนัน้ การเคลื่อนที่ของ
Na+เข้ าภายในเซลล์ จงึ
ทาให้ ภายในเซลล์ มี
ประจุเป็ นบวกมากขึน้
(หรื อเป็ นลบลดลง)
ระยะที่ 4: Repolarization
-inactivation gate ของ
Na+ channel ปิ ด และ
K+ channel เปิ ด ทาให้
Na+ไม่ สามารถเคลื่อนเข้ าสู่
ภายในเซลล์ ได้ อีก ในขณะที่ K+จะ
เคลื่อนออกนอกเซลล์ จึงทาให้ ภายใน
เซลล์ มีประจุเป็ นลบเพิ่มขึน้ กลับคืนสู่
สภาวะ resting membrane potential
ระยะที่ 5: Undershoot
repolarizationและundershoot = refractory period
-gate ทัง้ สองอันของ Na+ ปิ ด แต่ K+ channel ยังเปิ ดอยู่ (relatively slow gate) จึงทา
ให้ ภายในเซลล์ มีประจุลดลงต่ากว่ า resting membrane potential หลังจากนัน้ เซลล์
จะกลับสู่สภาวะปกติ(Na+-K+ pump)และพร้ อมจะตอบสนองต่ อการกระตุ้นลาดับถัดไป
Propagation of action potential
1.ขณะที่เกิด action potential (ในตาแหน่ งที่ 1) N+
เคลื่อนเข้ าสู่ภายในเซลล์ ซึ่ง Na+ ที่เคลื่อนเข้ ามา
ภายในเซลล์ จะแพร่ ไปยังบริเวณข้ างเคียง(ตาแหน่ งที่
2) และสามารถกระตุ้นให้ บริเวณข้ างเคียงเกิด
depolarization และ action potential ได้ ในที่สุด
2.ขณะที่ ตาแหน่ งที่ 2 เกิด action potential ในตาแหน่ ง
ที่ 1 จะเกิด repolarization (refractory period) จึงทา
ให้ ไม่ สามารถเกิด action potential ในทิศทาง
ย้ อนกลับได้
3.หลังจากนัน้ action potential จะเคลื่อนไปสู่
ตาแหน่ งที่ 3 และตาแหน่ งที่ 2 จะเกิด refractory
period และ ตาแหน่ งที่ 1 จะกลับสู่สภาวะ resting
stage ต่ อไป
-การเคลื่อนของ action potential บน axon จึง
เคลื่อนไปในทิศทางเดียว(ออกจาก cell body)
เท่ านัน้
Saltatory conduction
-ความเร็วในการเคลื่อนของaction potential ไปตาม axon จะขึน้ อยู่กับความกว้ าง
ของ axon ยิ่งกว้ างยิ่งเคลื่อนได้ เร็ว
-แต่ ในพวก myelinated axon ถึงแม้ จะมีขนาดเล็กแต่ action potential ก็เคลื่อนได้ เร็ว
-ใน myelinated axon การเกิด action potential จะเกิดระหว่ าง node of Ranvier หนึ่ง
ไปยังอีก node หนึ่ง เพราะการเคลื่อนที่ของ Na+ และ K+ เข้ า-ออกจากเซลล์ เกิดได้
เฉพาะบริเวณ node of Ranvier เท่ านัน้ ลักษณะนีเ้ รี ยก saltatory conduction
Electrical synapse
-บริเวณ presynatic membrane และ postsynaptic membrane เชื่อมต่ อกันด้ วย gap
junction ดังนัน้ ion current จากaction potential จึงสามารถเคลื่อนจากเซลล์
ประสาทหนึ่งไปยังอีกเซลล์ หนึ่งได้ โดยตรง
Presynaptic membrane
Postsynaptic membrane
Chemical synapse
1.action potential ที่ synaptic terminal ทาให้ เกิด Ca+ influx
2.synaptic vesicle รวมกับเยื่อเซลล์
3.หลั่งneurotransmitter สู่ synaptic cleft และเคลื่อนไปจับกับ
ตัวรับที่ postsynatic membrane
4.การจับทาให้ ion channel (เช่ น Na+) เปิ ด, Na+ เคลื่อนเข้ าใน
เซลล์ เกิด depolarization
The organization of neurons into systems
The simple circuits: nerve nets
-สัตว์ พวกแรกที่เริ่มมีระบบประสาทที่
แท้ จริงคือ cnidarians เรี ยก nerve net
-ในดาวทะเล ระบบประสาทจะ
ซับซ้ อนขึน้ โดยจะมี nerve ring เชื่อม
กับ radial nerve ที่เชื่อมอยู่กับ nerve
net ในแต่ ละแขนของดาวทะเลอีกที
หนึ่ง
Complex circuits
-สิ่งมีชีวติ ตัง้ แต่ พวกหนอนตัวแบนเป็ นต้ นไป จะมีการรวมกันของเซลล์ ประสาท
(ganglion) ที่บริเวณหัว เรี ยก cephalization
-พลานาเรี ยจะมีการเรี ยงตัวของเส้ นประสาทบริเวณด้ านข้ างลาตัวทัง้ 2 ข้ างและจะมี
เส้ นประสาทเชื่อม เรี ยก transverse nerve
-ตัง้ แต่ พวกหนอนตัวกลมขึน้ ไป จะมีการเรี ยงตัวของเส้ นประสาทอยู่ทางด้ านท้ อง
เรี ยก ventral nerve cord
-ในแมลงมีการรวมกันของเซลล์ ประสาท เรี ยก glangion ในแต่ ละข้ อปล้ องของลาตัว
-ในสัตว์ มีกระดูกสันหลัง จะมี dorsal hollow nerve cord มาแทนที่ ventral nerve
cord และไม่ มี segmental ganglia
ระบบประสาทในสัตว์ มีกระดูกสันหลัง
ระบบประสาทแบ่ งเป็ น
1.ระบบประสาทส่ วนกลาง
(Central nervous system; CNS):
สมองและไขสันหลัง ทาหน้ าที่
รวบรวมและแปลผลข้ อมูล
2.ระบบประสาทรอบนอก
(Peripheral nervous system; PNS):
เส้ นประสาทสมอง(cranial nerve)
เส้ นประสาทไขสันหลัง(spinal
nerve) และปมประสาท (ganglia)
ทาหน้ าที่นาสัญญาณประสาท
เข้ า-ออก CNS และควบคุมการ
เปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้ อม
ภายในร่ างกาย
Peripheral Nervous System
-ในสัตว์ เลีย้ งลูกด้ วยนมมี cranial nerve
12 คู่ spinal nerve 31 คู่
-cranial nerve ส่ วนใหญ่ & spinal nerve
ทัง้ หมด ประกอบด้ วย sensory & motor
neuron ยกเว้ น olfactory & optic nerve
เป็ นเฉพาะ sensory nerve
-sensory division ประกอบด้ วย
sensory neuron นาคาสั่งจาก
sensory receptor ไปยัง CNS
-motor division ประกอบด้ วย motor neuron นา
คาสั่งจาก CNS ไปยัง effector cells
-SNS นาคาสั่งไปยัง skeletal muscle เพื่อตอบสนองต่ อ external stimuli
-ANS นาคาสั่งไปยัง smooth & cardiac muscle เพื่อตอบสนองต่ อ external stimuli
การทางานของระบบประสาท จะประสานงานกัน 3 ส่ วน
1.ส่ วนที่รับสัญญาณเข้ า (sensory input) จาก sensory receptor
2.ส่ วนที่รวบรวมและแปลผล (integration center): CNS
3.ส่ วนที่ส่งสัญญาณออก (motor output) ไปยัง effector cells
PNS
Parasympathetic and sympathetic nervous system
-parasympathetic และ
sympathetic มักจะทางาน
ตรงข้ ามกัน (antagonist)
-sym มักจะกระตุ้นการ
ทางานของอวัยวะที่ทาให้ เกิด
การตื่นตัวและก่ อให้ เกิด
พลังงาน ในขณะที่ parasym
จะเกิดตรงกันข้ าม
-sympathetic neuron
มักจะหลั่ง norepinephrine
-parasympathetic neuron
มักจะหลั่ง acetylcholine
postganglionic ganglion
preganglionic ganglion, Ach
Embryonic Development of the Brain
สมองส่ วนต่ างๆของคน
โครงสร้ างและหน้ าที่ในสมองซีรีบรัมส่ วนต่ างๆ
The Limbic System
The limbic system generates the feeling; emotion and memory