12.1 Grunnbygging og starfsemi taugakerfisins
12.1 Grunnbygging og starfsemi taugakerfisins
Námsmarkmið
Í lok þessa hluta átt þú að geta:
- Greint líffærafræðilega og starfræna skiptingu taugakerfisins
- Tengt mun á byggingu og starfsemi grás og hvíts efnis í taugakerfinu við gerð taugafrumna
- Talið upp grunnhlutverk taugakerfisins
Sú mynd sem þú hefur af taugakerfinu í huga nær líklega til heilans, taugavefsins innan höfuðkúpunnar, og mænunnar, framhalds taugavefsins innan hryggsúlunnar. Af því mætti ætla að kerfið væri aðeins myndað af tveimur líffærum — og ef til vill lítur þú ekki einu sinni á mænuna sem líffæri — en taugakerfið er afar flókin bygging. Innan heilans sjá mörg aðskilin svæði um margvísleg og aðgreind hlutverk. Taugakerfið er líkast því að vera myndað af mörgum líffærum sem líta öll svipað út og verða aðeins greind hvert frá öðru með tækjum á borð við smásjá eða raflífeðlisfræðilegar mælingar. Til samanburðar er auðvelt að sjá mun á maga, vélinda og lifur og því auðvelt að ímynda sér meltingarkerfið sem safn afmarkaðra líffæra.
Miðtaugakerfi og úttaugakerfi
Taugakerfinu má skipta í tvö meginhlutasvæði: miðtaugakerfi og úttaugakerfi. Miðtaugakerfið (MTK) er heili og mæna en úttaugakerfið (ÚTK) er allt hitt (mynd 12.2). Heilinn er í kúpuholi höfuðkúpunnar og mænan í mænugöngum hryggsúlunnar. Það er nokkur einföldun að segja að miðtaugakerfið sé það sem er innan þessara tveggja hola og úttaugakerfið utan þeirra, en þannig má byrja að hugsa um skiptinguna. Í raun eru sumir hlutar úttaugakerfisins innan kúpu- eða mænuganga. Úttaugakerfið dregur nafn sitt af því að það liggur útlægt, það er handan heila og mænu. Mörkin milli miðlæga og útlæga hlutans eru ekki alls staðar þau sömu heldur ráðast af því hvaða þáttur taugakerfisins er skoðaður.
Taugavefur, sem er bæði í miðtaugakerfi og úttaugakerfi, inniheldur tvær grunngerðir frumna: taugafrumur og tróðfrumur. Tróðfrumur eru margvíslegar frumur sem mynda stoðvef fyrir taugafrumur og starfsemi þeirra. Taugafruman er starfrænt mikilvægari með tilliti til boðmiðlunar taugakerfisins. Til að lýsa starfrænni skiptingu taugakerfisins þarf að skilja gerð taugafrumu. Taugafrumur eru frumur og hafa því soma, eða frumubol, en frá þeim ganga einnig anga. Sérhver slíkur angi nefnist almennt frumuangi. Ein mikilvæg gerð anga sem allar taugafrumur hafa er sími, þráðurinn sem tengir taugafrumuna við mark hennar. Önnur gerð anga sem greinist frá frumubolnum er gripla. Griplur taka við flestum boðum frá öðrum taugafrumum. Í taugavef eru svæði sem innihalda einkum frumuboli og önnur svæði sem eru að mestu gerð úr símum. Þessi svæði eru oft nefnd grátt efni, þar sem eru margir frumubolir og griplur, og hvítt efni, þar sem eru margir símar. Mynd 12.3 sýnir útlit þessara svæða í heila og mænu. Litirnir eiga við það sem sést í ferskum, það er ólituðum, taugavef. Grátt efni er ekki endilega grátt. Það getur verið bleikt vegna blóðinnihalds eða jafnvel ljósbrúnt eftir því hve lengi vefurinn hefur verið varðveittur. Hvítt efni er hins vegar hvítt vegna þess að símar eru einangraðir með lípíðríku efni sem nefnist mýelín. Lípíð geta litið út sem hvítt, feitt efni, líkt og fita á hráu kjúklinga- eða nautakjöti. Gráa efnið kann í raun að draga nafn sitt af því að það er einfaldlega dekkra en aðliggjandi hvíta efnið.
Aðgreining grás og hvíts efnis er oftast notuð um vef miðtaugakerfisins, þar sem stór svæði sjást með berum augum. Útlægar byggingar eru hins vegar oft skoðaðar í smásjá og vefurinn litaður með gervilitum. Það merkir ekki að ekki megi lita vef miðtaugakerfis og skoða í smásjá, en ólitaður vefur er líklegast úr miðtaugakerfinu, til dæmis ennissnið af heila eða þversnið af mænu.
Óháð því hvernig litaður eða ólitaður vefur lítur út geta frumubolir taugafrumna eða símar myndað afmarkaðar líffærafræðilegar byggingar sem þarf að gefa heiti. Heitin ráðast af því hvort byggingin tilheyrir miðtaugakerfi eða úttaugakerfi. Afmarkað safn frumubola taugafrumna í miðtaugakerfi nefnist kjarni. Í úttaugakerfi nefnist klasi frumubola taugahnoð. Mynd 12.4 sýnir að orðið kjarni hefur nokkrar merkingar í líffæra- og lífeðlisfræði. Kjarni er miðja frumeindar þar sem róteindir og nifteindir eru, frumulíffærið sem geymir DNA í frumu og miðstöð tiltekinnar starfsemi í miðtaugakerfinu. Orðið taugahnoð getur einnig valdið ruglingi af sögulegum ástæðum. Í miðtaugakerfinu er hópur samtengdra kjarna sem áður var nefndur grunnhnoð áður en orðið taugahnoð varð að viðurkenndu heiti á útlægri byggingu. Sumar heimildir nefna þennan kjarnahóp botnkjarna til að forðast rugling.
Heiti knippa síma ráðast einnig af staðsetningu. Knippi síma, eða taugaþráða, í miðtaugakerfi nefnist braut en sams konar knippi í úttaugakerfi nefnist taug. Mikilvægt er að bæði heitin geta átt við sama símaknippið. Meðan símarnir eru í úttaugakerfinu mynda þeir taug en innan miðtaugakerfisins mynda þeir braut. Skýrasta dæmið eru símarnir sem liggja frá sjónu inn í heila. Þeir nefnast sjóntaug þegar þeir ganga frá auganu en sjónbraut innan höfuðkúpunnar. Heitið breytist á ákveðnum stað, sjóntaugakrossinum, en þetta eru áfram sömu símarnir (mynd 12.5). Sambærileg nafnbreyting utan vísinda á sér stað á sumum vegum. Ímyndaðu þér götu sem heitir Breiðagata í einum bæ. Gatan liggur þaðan til næsta bæjar og þegar hún fer yfir bæjarmörkin breytist heitið í Aðalgötu. Sama hugsun liggur að baki heitum símanna frá sjónu: í úttaugakerfinu mynda þeir sjóntaug en í miðtaugakerfinu sjónbraut. Tafla 12.1 skýrir hvaða heiti eiga við miðtaugakerfi og úttaugakerfi.
| MTK | ÚTK | |
|---|---|---|
| Hópur frumubola taugafrumna (þ.e. grátt efni) | Kjarni | Taugahnoð |
| Knippi síma (þ.e. hvítt efni) | Braut | Taug |
Starfræn skipting taugakerfisins
Taugakerfinu má einnig skipta eftir starfsemi, en líffærafræðileg og starfræn skipting þess eru ekki hið sama. Miðtaugakerfið og úttaugakerfið taka bæði þátt í sömu hlutverkum, en rekja má þau til mismunandi svæða heilans, svo sem heilabarkar eða undirstúku, eða til mismunandi taugahnoða í úttaugakerfinu. Vandinn við að láta starfrænan mun falla að líffærafræðilegri skiptingu er sá að sama byggingin getur stundum tekið þátt í fleiri en einu hlutverki. Sjóntaugin flytur til dæmis boð frá sjónu sem annaðhvort eru notuð við meðvitaða skynjun sjónáreita í heilaberki eða til að kalla fram viðbrögð slétts vöðvavefs sem miðlað er um undirstúku.
Skoða má starfræna skiptingu taugakerfisins á tvo vegu. Í fyrsta lagi eru grunnhlutverk þess skynjun, samþætting og svörun. Í öðru lagi getur stjórn líkamans verið viljastýrð eða ósjálfráð, en sú skipting ræðst að miklu leyti af þeim byggingum sem taka þátt í svöruninni. Innan úttaugakerfisins er einnig svæði sem nefnist iðrataugakerfi og sinnir afmörkuðum hópi starfa á sviði ósjálfráðrar stjórnunar sem tengjast starfsemi meltingarvegarins.
Grunnhlutverk
Taugakerfið tekur við upplýsingum um umhverfið í kringum okkur, það er skynjun, og myndar svörun við þeim, það er hreyfisvörun. Skipta má taugakerfinu í svæði sem annast skynjun, eða skynhlutverk, og svæði sem annast svörun, eða hreyfihlutverk. En einnig þarf að taka tillit til þriðja hlutverksins. Samþætta þarf skynboð öðrum skynboðum, minningum, tilfinningaástandi eða námi, sem allt tilheyrir hugarstarfi. Sum svæði taugakerfisins nefnast samþættingar- eða tengisvæði. Í samþættingarferlinu eru skynupplifanir tengdar æðra hugarstarfi, svo sem minni, námi og tilfinningum, til að mynda svörun.
Skynjun. Fyrsta meginhlutverk taugakerfisins er skynjun — að taka við upplýsingum um umhverfið til að fá vitneskju um það sem gerist utan líkamans, eða stundum innan hans. Skynhlutverk taugakerfisins nema frávik frá samvægi eða tiltekinn atburð í umhverfinu sem nefnist áreiti. Þau skynfæri sem oftast koma upp í hugann eru fimm meginskilningarvitin: bragð, lykt, snerting, sjón og heyrn. Áreiti bragðs og lyktar eru efni, svo sem sameindir, efnasambönd og jónir; snerting stafar af eðlisrænu eða aflfræðilegu áreiti sem verkar á húðina; sjón stafar af ljósáreiti; og heyrn er skynjun hljóðs, sem er eðlisrænt áreiti og svipar að sumu leyti til snertingar. Skilningarvitin eru í raun fleiri, en þessi fimm eru þau helstu. Þau nema öll áreiti úr ytra umhverfi sem við skynjum meðvitað. Fleiri skynáreiti geta komið úr innra umhverfi líkamans, til dæmis þensla líffæraveggjar eða styrkur tiltekinna jóna í blóði.
Svörun. Taugakerfið myndar svörun á grundvelli þeirra áreita sem skynbyggingar nema. Augljóst dæmi um svörun er vöðvahreyfing, svo sem þegar hönd er kippt frá heitri eldavélarhellu, en hugtakið hefur víðtækari merkingu. Taugakerfið getur komið af stað samdrætti í öllum þremur gerðum vöðvavefs. Beinagrindarvöðvi dregst til dæmis saman til að hreyfa beinagrindina, taugakerfið hefur áhrif á hjartavöðvann þegar hjartsláttur eykst við áreynslu og sléttur vöðvi dregst saman þegar meltingarkerfið flytur fæðu eftir meltingarveginum. Svörun felur einnig í sér taugastjórn kirtla, til dæmis myndun og seyti svita frá ekkrín- og merókrín-svitakirtlum í húð sem lækkar líkamshita.
Skipta má svörun í viljastýrða eða meðvitaða svörun, svo sem samdrátt beinagrindarvöðva, og ósjálfráða svörun, svo sem samdrátt sléttra vöðva, stjórn hjartavöðva og virkjun kirtla. Viljastýrða taugakerfið stjórnar viljastýrðri svörun en ósjálfráða taugakerfið stjórnar ósjálfráðri svörun. Fjallað er um þessi kerfi í næsta hluta.
Samþætting. Skynbyggingar taka við áreitum og senda upplýsingar um þau til taugakerfisins, þar sem unnið er úr þeim. Þetta nefnist samþætting. Áreitin eru borin saman eða samþætt öðrum áreitum, minningum um fyrri áreiti eða ástandi einstaklingsins á tilteknum tíma. Úrvinnslan leiðir til þeirrar tilteknu svörunar sem myndast. Þegar hafnaboltaleikmaður sér bolta kastað að sér veldur það ekki sjálfkrafa því að hann sveifli kylfunni. Hann þarf að meta feril og hraða boltans. Ef staðan er þrír boltar og eitt stræk gæti leikmaðurinn sleppt því að slá í von um að fá frítt hlaup að fyrstu stöð. Eða lið hans gæti verið komið svo langt yfir að það væri skemmtilegra að sveifla kylfunni án frekari umhugsunar.
Stjórn líkamans
Taugakerfinu má skipta í tvo hluta einkum eftir starfrænum mun á svörun. Viljastýrða taugakerfið (VTK) annast meðvitaða skynjun og viljastýrða hreyfisvörun. Viljastýrð hreyfisvörun merkir samdrátt beinagrindarvöðva, en slíkir samdrættir eru ekki alltaf viljastýrðir í þeim skilningi að þú þurfir að ætla þér að framkvæma þá. Sumar hreyfisvaranir viljastýrða taugakerfisins eru viðbrögð og verða oft án meðvitaðrar ákvörðunar. Ef vinur þinn stekkur fram fyrir horn og hrópar „Bú!“ bregður þér og þú gætir öskrað eða stokkið aftur á bak. Þú ákvaðst það ekki og vildir ef til vill ekki gefa vininum ástæðu til að hlæja á þinn kostnað, en þetta er viðbragð sem felur í sér samdrátt beinagrindarvöðva. Aðrar hreyfisvaranir verða sjálfvirkar, það er ómeðvitaðar, þegar einstaklingur lærir hreyfifærni; slíkt nefnist venjunám eða aðferðaminni.
Ósjálfráða taugakerfið (ÓTK) annast ósjálfráða stjórn líkamans, yfirleitt í þágu samvægis, það er stjórnunar innra umhverfisins. Skynboð til ósjálfráðrar starfsemi geta komið frá skynbyggingum sem eru næmar fyrir áreitum úr ytra eða innra umhverfi. Hreyfiboðin berast til sléttra vöðva, hjartavöðva og kirtilvefs. Hlutverk ósjálfráða kerfisins er að stjórna líffærakerfum líkamans, sem yfirleitt felur í sér að viðhalda samvægi. Svitakirtlar eru til dæmis undir stjórn þess. Þegar þér er heitt hjálpar svitinn til við að kæla líkamann. Það er samvægisferli. Þú gætir þó einnig byrjað að svitna þegar þú finnur til taugaóstyrks. Slík svörun við tilfinningaástandi er lífeðlisfræðileg en þjónar ekki samvægi.
Önnur skipting taugakerfisins lýsir starfrænni svörun. Iðrataugakerfið (ITK) stjórnar sléttum vöðvum og kirtilvef í meltingarkerfinu. Það er stór hluti úttaugakerfisins og er ekki háð miðtaugakerfinu. Stundum er þó rétt að líta á iðrataugakerfið sem hluta ósjálfráða taugakerfisins, því taugabyggingarnar sem mynda það eru þáttur í ósjálfráðum úttaugaboðum sem stjórna meltingu. Kerfin eru að sumu leyti ólík, en í umfjöllun okkar skarast þau töluvert. Mynd 12.6 sýnir dæmi um hvar þessa hluta taugakerfisins er að finna.
