سیناپس چیست؟ | بررسی تفاوت سیناپس الکتریکی و شیمیاییزمان مطالعه ۱۰ دقیقه

به فضای کوچک میان دو نورون، سیناپس می‌گویند که از طریق آن پالس عصبی توسط نوروترنزمیترها از آکسون نورون پیشین (فرستنده) به دندریت نورون پسین (گیرنده) منتقل می‌شود. این فضا شکاف سیناپسی یا گپ سیناپسی نامیده می‌شود. در طول انتقال سیناپسی، پتانسیل عمل (یک پالس الکتریکی) وزیکول‌های سیناپسی نورون پیش‌سیناپسی را تحریک می‌کند تا نوروترنزمیتر (پیام شیمیایی) ترشح شود. این نوروترنزمیترها از میان شکاف سیناپسی (فضای میان نورون پیشین و پسین) منتشر می‌شود و محل گیرنده‌ها در نورون پساسیناپسی را خصوصی‌سازی می‌کنند. اگر نوروترنزمیترها تحریکی باشند، نورون پساسیناپسی به احتمال بسیار زیادی پالس الکتریکی تولید می‌کند. اگر نوروترنزمیترها مهاری باشند، نورون پساسیناپسی با احتمال بسیر کمی پالس تولید می‌کند. برای درک بهتر مفاهیم ذکر شده، بهتر است دقیقا بفهمیم سیناپس چیست؟ نهوه عملکرد و ساختار سیناپس چیست؟ در نهایت، نحوه انتقال پیام‌های عصبی بیان شود. با تریتا همراه باشید.

سیناپس چیست؟

نورون‌ها با یکدیگر در تماس نیستند، اما زمانی که نورونی به نورون دیگر نزدیک می‌شود، بین دو نورون ناحیه‌ای به نام سیناپس تشکیل می‌شود. نورون‌ها از طریق سیناپس‌ها با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند. وقتی سیگنالی در طول نورون به نقطه پایانی خود می‌رسد، به راحتی نمی‌تواند به نورون دیگر منتقل شود و مسیر خود را ادامه دهد. در همین راستا باید نوروترنزمیترها آزاد شوند تا سیگنال‌ها برای رسیدن به نورون بعدی، از سیناپس‌ها عبور کنند. ترمینال‌های پایانی متعلق به انتهای نورون پیش‌سیناپسی هستند و دارای عروق حاوی انتقال دهنده‌های عصبی هستند. این ترمینال‌ها مسئول انتقال سیگنال‌ها به نورون دیگر هستند.

زمانی که پالس عصبی، آزادسازی نوروترنزمیترها در ترمینال پایانی نورون را تحریک می‌کند، این پیام‌های شیمیایی در شکاف سیناپسی ترشح می‌شوند و سپس توسط گیرنده‌ها در سلول بعدی جمع‌آوری می‌شوند. نورونی که در مرحله بعد، نوروترنزمیترها را دریافت می‌کند، نورون پساسیناپسی نامیده می‌شود. نورون‌ها پیام‌ها را از بسیاری از ترمینال‌های پایانی دریافت می‌کنند و در عوض، ترمینال‌های پایانی فضای سیناپسی میان بسیاری از نورون‌ها را شکل می‌دهند. در نتیجه اکنون باید تقریبا بتوانیم به این سوال پاسخ دهیم که قسمت‌های مختلف سیناپس چیست؟

یک سیناپس تشکیل شده است از:

پایانه پیش‌سیناپسی: حاوی نوروترنزمیترها (پیام‌رسان‌های شیمیایی).

شکاف سیناپسی: فضای میان دو نورون.

پایانه پساسیناپسی: حاوی محل گیرنده‌های عصبی (مولکول‌هایی که سیگنال‌ها را برای یک سلول عصبی دریافت می‌کنند).

سیناپس‌ها هم‌چنین این توانایی را دارند که تغییری در پیامی که منتقل می‌شود را به اشتراک بگذارند. نورون‌های پساسیناپسی نیز می‌توانند به نورون‌های پیش‌سیناپسی پیام منتقل کنند و به آن‌ها تغییر در زمان و میزان ترشح نوروترنزمیترها را اطلاع دهند. به همین دلیل، می‌توانیم بگوییم که سیناپس‌ها می‌توانند پیام را دوطرفه منتقل کنند.

انتقال در سیناپس الکتریکی یا شیمیایی

از نظر انتقال پیام، انواع سیناپس چیست؟ سیناپس‌ها می‌توانند شیمیایی یا الکتریکی باشند و وابسته به عملکرد و فعالیت آن نورون هستند. عصب‌شناسان دریافتند که سیناپس‌ها نقشی حیاتی در بسیاری از عملکردهای شناختی مانند یادگیری و شکل‌گیری حافظه دارند.

انتقال در سیناپس‌های شیمیایی

رایج‌ترین نوع سیناپس‌ها در انسان‌، سیناپس‌های شیمیایی هستند. این عمل به خاطر فعالیت الکتریکی نورون پیش‌سیناپسی در تحریک ترشح نوروترنزمیترها است. نوروترنزمیترها در طول شکاف سیناپسی پراکنده می‌شوند و سپس با چسبیدن به یکدیگر، گیرنده‌های نورون پساسیناپسی را مشخص می‌کنند. زمانی که این اتفاق رخ داد، نوروترنزمیترها نورون پساسیناپسی را تحریک یا مهار می‌کنند. تحریک نورون پساسیناپسی منجر به تولید پتانسیل عمل (پالس الکتریکی) می‌شود؛ در حالی که مهار نورون پساسیناپسی منجر به ممانعت از انتقال سیگنال می‌شود.

درون نورون پیش‌سیناپسی وزیکول‌های سیناپسی وجود دارند که روی غشا را پوشانده‌اند و حاوی نوروترنزمیترها هستند. زمانی که پتانسیل عملی به ترمینال‌های پیش‌سیناپسی برسد، کانال‌های وابسته به ولتاژ کلسیم (+Ca²) موجود روی غشای نورون باز می‌شوند. +Ca² در خارج از نورون بسیار متمرکز هستند و زمانی که کانال‌ها فعال شوند، به سرعت وارد نورون می‌شوند.

یون +Ca² به وزیکول‌های سیناپسی اجازه می‌دهد تا با غشای پایانه پیش‌سیناپسی ترکیب شوند و موجب می‌شود انتقال دهنده‌های عصبی را در شکاف سیناپسی آزاد کند.

سپس مولکول‌های منتقل کننده از شکاف سیناپسی منتشر می‌شوند و به گیرنده‌های نورون پساسیناپسی می‌چسبند. زمانی که این نورون‌ها فعال شوند، کانال‌های یونی وابسته به ولتاژ باز یا بسته می‌شوند. کانال‌های یونی، پروتئین‌های غشایی هستند که مسیر عبور یون‌های باردار را فراهم می‌کنند. بسته به یون‌هایی که در این فرایند مداخله می‌کنند، سلول می‌تواند دپلاریزه (مثبت‌تر شدن داخل سلول) یا رپلایزه (منفی‌تر شدن داخل سلول) شود.

انتقال در سیناپس‌های الکتریکی

سیناپس‌های الکتریکی از سیناپس‌های شیمیایی متفاوت هستند؛ با این تفاوت که سیناپس‌های الکتریکی دارای اتصال‌های فیزیکی مستقیم بین نورون پیش‌سیناپسی و پساسیناپسی هستند. این اتصالات حالتی را به وجود می‌آورد که به آن اتصال شکافی (gap junction) می‌گویند. gap junction کانالی است که یون‌ها بطور مستقیم از نورون پیش‌سیناپسی به نورون پساسیناپسی جریان می‌یابند.

اتصالات شکافی دارای جفت کانال‌هایی به حالت منافذ بر روی غشاهای نورون‌های پیش‌سیناپسی و پساسیناپسی هستند. این منافذ بزرگ‌تر از کانال‌های یونی وابسته به ولتاژ در سیناپس‌های شیمیایی هستند؛ بدین منظور که مواد متنوع و زیادی می‌توانند بین دو نورون منتشر شوند.

سیناپسی‌های الکتریکی پیام را بسیار سریع‌تر از سیناپس‌های شیمیایی منتقل می‌کنند. در مقایسه با سیناپس‌های شیمیایی که انتقال پیام چندین میلی‌ثانیه طول می‌کشد، در سیناپس‌های الکتریکی این انتقال حتی در لحظه رخ می‌دهد.

در مقابل انتقال سریع پیام، شدت سیگنال‌ سیناپس‌های الکتریکی با گذشت زمان کاهش می‌یابد؛ در حالی که شدت سیگنال در سیناپس‌های شیمیایی هرگز کاهش نمی‌یابد. هم‌چنین، در حالی که سیناپس‌های شیمیایی می‌توانند تحریکی یا مهاری باشند، سیناپس‌های الکتریکی فقط تحریکی می‌توانند باشند.

پتانسیل‌های پساسیناپسی تحریکی و مهاری

همان طور که گفته شد، تاثیر نورون پیش‌سیناپسی بر نورون پساسیناپسی می‌تواند تحریکی یا مهاری باشد. نوروترنزمیترهای تحریکی احتمال اینکه سیگنال تحریکی به سلول پساسیناپسی فرستاده شود را بسیار افزایش می‌دهند. آدرنالین که هم نوروترنزمیتر و هم هورمون است، دارای تاثیرات تحریکی است. نوروترنزمیترهای مهاری، احتمال اینکه سیگنال تحریکی به سلول پساسیناپسی فرستاده شود را بسیار کاهش می‌دهند. این دسته از نوروترنزمیترها مسئول آرامش بخشیدن به مغز و القاکننده خواب هستند. از جمله نوروترنزمیترهای مهاری می‌توان به سروتونین اشاره کرد.

ترشحات شیمیایی ناشی از نورون پیش‌سیناپسی می‌تواند نورون پساسیناپسی را تحریک یا مهار کند. به این معنا که به آن بگوید نوروترنزمیترها را ترشح کند، سرعت ترشح آن را کاهش دهد و یا سیگنال‌دهی را متوقف کند.

تفاوت پتانسیل پساسیناپسی تحریکی و مهاری

فرض می‌کنیم که آکسون یک نورون پتانسیل عملی تولید کند و پایانه‌های آن، نوروترنزمیترهایی را برای تحریک نورون پساسیناپسی ترشح کند. به این پتانسیل عمل، پتانسیل پساسیناپسی تحریکی (EPSP) می‌گویند. تاثیر این تحریک باعث می‌شود که آکسون نورون پساسیناپسی با احتمال بیشتری پتانسیل عمل تولید کند.

پتانسیل عمل پساسیناپسی مهاری (IPSP) تاثیر مخالف آنچه در پاراگراف قبل گفته شد را دارد. مهار با نوروترنزمیترهای مهاری ایجاد می‌شود. زمانی که نوروترنزمیترها به گیرنده نورون پساسیناپسی می‌چسبند، نتیجه آن ایجاد IPSP و احتمال کم تولید پتانسیل عمل در نورون پساسیناپسی است.

نرخ تولید پتانسیل عمل آکسون با میزان قعالیت سیناپس دندریت‌ها و جسم سلولی نورون مشخص می‌شود. زمانی که سیناپس‌های تحریکی فعال هستند، آکسون‌ها با نرخ بالایی، پتانسیل عمل تولید می‌کنند. در مقابل آن، زمانی که سیناپس‌های مهاری فعال هستند، تولید پتانسیل عمل با نرخ کم آغاز می‌شود یا پتانسیل عمل اصلا تولید نمی‌شود.

عمل EPSP منجر به دپلاریزاسیون می‌شود. به این معنا که داخل نورون مثبت‌تر می‌شود و در نهایت منجر به تولید بیش‌تر پتانسیل عمل می‌شود. IPSP نیز، پتانسیل را کاهش می‌دهد؛ به این معنا که با احتمال کم‌تری منجر به تولید پتانسیل عمل می‌شود و می‌تواند اثر تحریکی EPSP را خنثی کند.

جمع‌بندی مکانی و زمانی سیناپس چیست؟

احتمالا الان به این فکر می‌کنید که در لحظه تعداد زیادی سیگنال به یک نورون می‌رسد. در این موقعیت، نحوه عملکرد سیناپس چیست؟ جمع‌بندی به معنای مجموعه مراحلی است که مشخص می‌کند آیا نورون باید پتانسیل عمل تولید کند یا خیر و نرخ تولید پتانسیل عمل چه میزان باید باشد. این مرحله از تاثیر ترکیب سیگنال‌های تحریکی و مهاری حاصل می‌شود که هر دو از چندین ورودی همزمان (جمع‌بندی مکانی) و از ورودی‌های مکرر (جمع‌بندی زمانی) حاصل می‌شود.

وقتی که نورون پساسیناپسی همه سیگنال‌های دریافتی تحریکی یا مهاری را ترکیب (جمع‌بندی) کرد، پتانسیل‌های عمل پساسیناپسی تحریکی و پتانسیل‌های عمل پساسیناپسی مهاری با یکدیگر فعل و انفعالاتی خواهند داشت و سپس تصمیم‌ می‌گیرند که آیا پتانسیل عمل تولید شود یا خیر؟ در این مرحله دو نوع جمع‌بندی خواهیم داشت:

جمع‌بندی مکانی: این جمع‌بندی زمانی رخ می‌دهد که تمام پتانسیل‌های عمل پساسیناپسی در یک لحظه ولی در جاهای مختلف نورون رخ دهند.

جمع‌بندی زمانی: این جمع‌بندی زمانی رخ می‌دهد که تمام پتانسیل‌های عمل پساسیناپسی در یک مکان ولی در زمان‌های کمی متفاوت از هم رخ دهند.

بررسی نمونه‌ای از جمع‌بندی سیناپس

برای مثال، اگر تنها دو سیگنال تحریکی (EPSP) داشته باشیم که از دو دندریت متفاوت به نورون پساسیناپسی برسند، هر کدام به تنهایی نمی‌توانند نورون را برای تولید پتانسیل عمل به سطح آستانه برسانند. با این حال، این دو سیگنال می‌توانند برای رساندن نورون به سطح آستانه با یکدیگر جمع شوند و باعث تولید پتانسیل عمل در نورون پساسیناپسی شوند.

اگر یک سیگنال مهاری (IPSP) نیز از دندریت دیگر وارد شود، می‌تواند با دو سیگنال تحریکی مقابله کند و منجر به ممانعت در برابر تولید پتانسیل عمل شود. مثال گفته شده یک نمونه از جمع‌بندی مکانی بود.

اگر دو سیگنال تحریکی از نورون پیش‌سیناپسی به نورون پساسیناپسی با زمان‌های کمی متفاوت برسد، هم‌چنان می‌توانند منجر به تولید پتانسیل عمل شوند. دلیل این اتفاق این است که پتانسیل‌های پساسیناپسی در لحظه رخ نمی‌دهند و می‌توانند مدتی قبل از منتشر شدن در نورون باقی بمانند.

از این رو، اگر اول یک سیگنال EPSP برسد و هنوز منتشر نشده باشد، زمانی که سیگنال دوم EPSP برسد، با هم می‌توانند نورون را به سطح آستانه برای تولید پتانسیل عمل برسانند. مثال ذکر شده یک نمونه از جمع‌بندی‌های زمانی است.

بازجذب نوروترنزمیترها

برای این که سیناپس به درستی عمل کند، باید زمانی که سیگنالی فرستاده شد، نورون خاموش شود. خاتمه سیگنال به نورون پساسیناپسی این امکان را می‌دهند که به حالت استراحت پتانسیل عمل خود بازگردد. زمانی که نوروترنزمیترها در شکاف سیناپسی آزاد می‌شوند، همه آن‌ها نمی‌توانند به گیرنده‌های نورون بعدی بچسبند.

شکاف سیناپسی باید در خاتمه سیگنال، از تمامی نوروترنزمیترها عاری شود که با تجزیه آن‌ها توسط آنزیم‌ها، منتشر شدن به خارج از محدوده و یا بازجذب انجام می‌شود.

بازجذب به این معنا است که نوروترنزمیترها به نورون پیش‌سیناپسی و جایی که از آن آمده‌اند، بازمی‌گردند. پروتئین‌های انتقال دهنده در غشای نورون پیش‌سیناپسی نوروترنزمیترها را از شکاف سیناپسی حذف می‌کنند و آن‌ها را به نورون پیش‌سیناپسی منتقل می‌کنند. سپس نوروترنزمیترها مجدد در وزیکول‌های سیناپسی بسته‌بندی می‌شوند یا برای استفاده مجدد ذخیره می‌شوند و یا توسط آنزیم‌ها تجزیه و شکسته می‌شوند.

سروتونین، یک نوع نوروترنزمیتر

سروتونین یک نوع از نوروترنزمیترها است که در بسیاری از فعالیت‌های فیزیولوژیکی و عملکردهای بدنی مانند حوصله، تمایلات جنسی، اشتها، خواب و حافظه حضور دارد. اگر در انتقال سروتونین میان نورون‌ها، عدم تعادلی وجود داشته باشد، در پی بازجذب بیش از حد این دسته از نوروترنزمیترها، پیامدهایی در راستای اختلالات خلقی به ویژه افسردگی خواهد داشت.

مهارکننده‌های انتخابی بازجذب سروتونین (SSRI) یک دسته از داروها هستند که با نام داروهای ضدافسردگی نیز شناخته می‌شوند. این دارو باعث افزایش میزان سروتونین منتقل شده بین سلول‌ها می‌شود. داروهای ضدافسردگی اساسا مانع بازجذب سروتونین به سلول پیش‌سیناپسی می‌شوند؛ به این معنا که میزان سروتونین بیش‌تری در شکاف سیناپسی وجود خواهد داشت.

اگر سروتونین بیش‌تری در شکاف سیناپسی باشد، احتمال بیش‌تری برای رسیدن سروتونین به گیرنده‌های سلول پساسیناپسی وجود دارد. از آنجایی که مهارکننده‌های انتخابی بازجذب سروتونین اجازه عبور مقدار بیش‌تری سروتونین بین دو نورون را می‌دهد، نشان داده شده است که این امر، باعث کاهش اختلالات خلقی شده و آن را به درمان رایجی برای افسردگی تبدیل کرده است.

پلاستیسیته سیناپس چیست؟

اصطلاح پلاستیسیته به این مفهوم اشاره دارد که یک شیء، چه مقدار می‌تواند تغییر شکل دهد و یا طی رشد یا شکل‌دهی مجدد دوام بیاورد. در ابتدا تصور می‌شد زمانی که سیناپس تغییر شکل دهد تا همیشه به همان شکل باقی خواهد ماند و هرگز تغییر نخواهد کرد.

با این حال، محققان اخیرا متوجه شده‌اند که فعالیت، یا کمبود فعالیت می‌تواند بر قدرت سیناپس‌ها، یا حتی تغییر تعداد و ساختار سیناپس‌ها در مغز اثر بگذارد. در این صورت، هر چه سیناپس بیش‌تر استفاده شود، قوی‌تر می‌شود و بر نورون پساسیناپسی تاثیر بیش‌تری خواهد گذاشت. به همین ترتیب، عدم استفاده کامل از سیناپس‌ها می‌تواند آن‌ها را تضعیف کند و در دراز مدت تاثیر مضری داشته باشد.

منبع: Simplypsychology