بافت شناسی نظری > بافت عصبی > بازتاب زانو

بازتاب زانو، آسان برای فهم عملکرد دستگاه عصبی

بازتاب زانو یکی از معاینات فیزیکی است که پزشکان می‌توانند به وسیلۀ آن به برخی از اختلالات احتمالی عصبی بیماران پی ببرند. اما استفاده‌ای که ازمطالعۀ این پدیده در آموختنِ کارکرد دستگاه عصبی برده‌اند بیش از نفعی است که پزشکان از آن می­برند.

برای مشاهدۀ این پدیده باید روی یک سطح بلند‌تر از زمین مانند میز بنشینید به نحوی که هر دو پا از زانو به پایین آویزان باشد و کف و پنجه‌های پا به زمین برخورد نداشته باشد و در هوا معلق باشد. درست زیر کشککِ زانو، تاندونِ بزرگی را می‌توانید لمس کنید؛ این، تاندونی است که عضلۀ بزرگ و قویِ چهارسرِ ران را به جلوی استخوانِ ساق پا متصل می‌کند. وارد آوردنِ ضربه‌ای آرام به وسیلۀ یک چکش معاینۀ لاستیکی بر روی این تاندون، عضلۀ چهارسر را منقبض می‌کند و ساق پا به بالا پرتاب می‌شود.

در اینجا چگونگی این پدیده را مطالعه می‌کنیم.

در حالت عادی وقتی ما در حال راه رفتن یا ایستادن هستیم، تعادل ما بستگی به انقباض و انبساط­های منظم و پیاپیِ میلیون‌ها تار عضلانی دارد که در عضلاتِ بدنِ ما وجود دارند و در اینجا تمرکز ما روی عضلاتی است که مفصل زانو را خم و راست می­کنند. در حالتی ساده مانند وقتی که ایستاده‌ایم، اگر به دلیلی، یک عدم تعادلِ گذرا موجبِ یک خمیدگیِ نامحسوس و بی‌اختیار در مفصل زانو شود، معدودی از تارهای عضلانیِ عضلۀ چهارسرِ ران که در روی ران وجود دارد، کشیده می‌شود. این کشیدگی توسط اندامهای حسی موسوم به دوکِ عضلانی که در تارهای عضلانی تعبیه شده‌اند، تبدیل به یک پیام حسی می‌شود و به نخاع می‌رود و پس از پردازش به صورت یک پیام حرکتی، به عضلۀ چهارسر دستور انقباض می‌دهد. به این ترتیب از لغزیدن و خمیدنِ ناگهانی زانو جلوگیری می‌کند. به طور خلاصه خم شدن ناگهانی زانو، بلافاصله منجر به راست شدنِ نیاگاهِ آن می‌شود. در هنگام معاینه، وارد کردنِ ضربه با چکش معاینه به تاندونِ عضلۀ چهارسر ران، در زیر کشکک نیز موجب به وجود آمدنِ کشش در این عضله خواهد شد و همان مسیری که توضیح دادیم فعال شده، موجب بالا آمدنِ ساق خواهد شد. برای ساده‌تر شدنِ مطلب، مسیرِ پیامِ عصبی را از یک دوک عضلانی، دنبال می‌کنیم.

 

شکل  ۱- بازتاب زانو؛ کشش تارهای عضلانی به عنوان محرک، یک مدار سادۀ نورونی را به کار می‌اندازد که نتیجۀ آن یک پاسخ حرکتی است. برای مشاهدۀ تصویر بزرگ‌تر و توضیحات، روی عکس کلیک کنید.

 جسم سلولیِ نورونی که پیام حسی را از عضلۀ چهارسر به نخاع می‌آورد در عقدۀ ریشۀ خلفی است. این نورون‌ها از نوعِ نورون­های شبهِ تک‌قطبی هستند. یک شاخه از آکسون این نورون به سمت محیط و به سوی عضله و شاخۀ دیگر آن به سمت نخاع کشیده شده است. شاخۀ محیطیِ آن در تماس با دوک‌های عضلانی هستند که به کشش حساس‌اند. شاخه‌ای از آکسونِ حرکتی که به نخاع می‌رود با یک نورونِ حرکتی که به تارهای عضلانیِ چهارسر دستور انقباض می‌دهد، اتصالات تحریکی برقرار کرده‌است. این شاخه همچنین، با نورونِ واسطه‌ای که در نخاع قرار دارد اتصالِ دیگری برقرار کرده، و به این واسطه، یک پیام بازدارنده نیز به تارهای عضلانیِ عضلات خم کنندۀ زانو ارسال می‌کند. روشن است که این نورون واسطه، مستقیماً موجب  بالا رفتنِ زانو نمی­شود بلکه بازدارندگی آن موجب ثبات و انجامِ کاملِ بازتابِ زانو می‌گردد.

چنان که می‌بینیم، آنچه موجب این رفتار به این نحوِ خاص شده نتیجۀ مدارهایی مشابه است که در هر یک از آنها فقط  چهار نورون، با انتظامی خاص، قرار گرفته‌اند. اگر همین چهار نورون به شکلی دیگر با یکدیگر اتصال برقرار کرده بودند رفتار دیگری در مقابل این محرک مشاهده می‌کردیم. کافی است در عالمِ خیال، جای دو سیناپس را با هم عوض کنیم. به این ترتیب که آکسونِ نورونِ واسطه را به نورونِ حرکتیِ عضلۀ چهارسر و انتهای آکسونِ نورونِ حسی را به جای اتصال به نورونِ حرکتی چهارسر، به نورونِ حرکتیِ عضلات پشت ران وصل کنیم. تصور این که با وجود این اتصالاتِ فرضی، ضربه به تاندونِ کشکک موجبِ بروزِ چه رفتاری در زانو می‌شد آسان است؛ در این صورت مفصل زانو به جای باز شدن، بیشتر خم می‌شد.

 شکل ۲- اگر جای دو سیناپس را با هم عوض کنیم با رفتاری کاملا متضاد مواجه می‌شویم. در سمت راست حالت طبیعی را مشاهده می‌کنیم. در سمت چپ؛ در عالم تصور، جای دو سیناپس را عوض کرده‌ایم. اگر جای دو سیناپس بر خلاف واقعیت (که در سمت راست نشان داده شده) به صورتی بود که در سمت چپ ترسیم شده پاسخی کاملاً متفاوت با واقعیت را مشاهده می‌کردیم.

 رفتارهای دیگر ما بسیار پیچیده‌تر از این بازتاب ساده هستند که بررسی کردیم. اما دانشمندان علوم اعصاب علاقه دارند که همۀ این رفتارهای پیچیده را به وسیلۀ همین اتصالات توجیه کنند و بسیاری از آنها گمان می‌کنند که پیچیدگی اتصالات و روابط میانِ یکصد میلیارد نورون دستگاه عصبی مرکزی برای توجیه همۀ رفتارهای موجودات زنده کافی باشد. آرزوی آنها این است که روزی بتوانند از سیمکشیِ همۀ نورون‌های مغز به نحوی کامل و تمام عیار سر در بیاورند تا بتوانند سازکار همۀ رفتارها را روشن کنند و برای شروع به سراغ کرمی بسیار ساده رفته‌اند و توانسته‌اند نقشۀ همۀ ارتباطاتِ همۀ نورون‌های این حیوان را مانند نقشۀ سیم­کشیِ یک ساختمان؛ رسم کنند.

 

ما این پدیده را ساده کردیم

اگر بخواهیم از رفتار مغز و توانایی‌های آن تا آنجا که تاکنون بشر توانسته به آن دست پیدا کند بنویسیم، باید با کتابی در اندازه‌های کتاب آقای کاندل آغاز کنیم. هدف نویسندگان این کتاب نیز فهم چگونگی کارکرد دستگاه عصبی است. ما در اینجا خواستیم تا از آسان ترین قدم آغاز کنیم که عبارت باشد از یک مدار با چهار سلول. اما باید یادآوری کرد که همین پدیدۀ ساده را هم از آنچه هست ساده‌تر بیان کردیم و از برخی پیچیدگی‌های آن صرف نظر کردیم تا بتوانیم اصول آن را دریابیم. ما در سطور فوق، در واقع، فقط یک مسیر از هزاران مسیری که ضربه به تاندونِ زیر کشکک فعال می‌کند را دنبال کردیم. واقعیت این است که با یک ضربۀ خفیف به تاندونِ زیر کشکک، هزاران تار از تارهای تاندون کشیده می‌شود. به دنبال کشش این تارهای متعدد، تعداد زیادی تار عضلانی در عضلۀ چهارسر کشیده می‌شود، و سپس، هزاران دوک عضلانیِ حساس به کشش، کشیده می‌شود و هر یک موجب ایجاد پالس الکتریکی در آکسونِ حسیی که به آن اتصال دارد می‌شود.

اما موضوع از این  هم پیچیده‌تر است. در واقع این چنین نیست که هر نورونِ حسیِ آوران که پیام کشش را به نخاع می‌برد، تنها با یک نورونِ حرکتی سیناپس کند؛ بلکه تعداد نورون‌های حرکتیی که فقط یک آکسونِ حسی به آن سیناپس می‌دهد، ۴۵ تا ۵۰ عدد هستند. به این پدیده که در دستگاه عصبی امری شایع است واگرایی می‌گویند. نتیجۀ واگرایی این خواهد بود که یک نورونِ حسی قادر است اثراتی، گسترده و متنوع داشته باشد، و اطلاعات حسی در یک منطقۀ محدود به جاهای مختلف دستگاه عصبی برود و امکان پردازش و تأثیر بر دیگر مدارها داشته باشد. در مقابلِ واگرایی، پدیدۀ دیگری که در مدارهای خروجی دستگاه عصبی بیشتر دیده می‌شود، همگرایی است؛ یک نورونِ حرکتی از ده‌ها نورون که تحت تأثیر کششِ تارهای عضلانی، حاملِ پیامِ حسی هستند، پیام دریافت می‌کند. حداقل فایدۀ همگرایی این است که تا تحریک به حدی مشخص نرسد، پاسخی به وجود نخواهد آمد.

شکل ۳-  واگرایی و همگرایی در دستگاه عصبی؛ واگرایی یک پیام را به چندین نورون می‌رساند و امکان پردازش اطلاعات را در حوزه‌های متعددی می‌دهد. همچنین از چندین نورون، به یک نورون، پیام می‌رسد. مجموعۀ همگرایی و واگرایی موجب هماهنگی و یگانگی رفتارهای موجود زنده می‌شود.

علاوه بر آن چه گفتیم، از همین مدار، پیام‌هایی هم به مراکز بالایی یعنی مراکز موجود در مغز هم می‌رود تا در آنجا هم مورد پردازش بیشتر قرار گیرد.

اما همانطور که گفتیم اهمیت مدار بازتاب زانو، در این است که این مسیر ساده، از اتفاقات پیچیده‌ای که در مغز و نخاع می‌افتد، تصوری کلی به دست می‌دهد.