Central Nervous System Sharif University of Technology Industrial Engineering Department Human Factors Engineering (Ergonomics) Central Nervous System Ardavan Saeedi Majid Einian Main Resource: The Brain From Top To Bottom (McGill University) http://thebrain.mcgill.ca Copyleft

تقسیم بندی سیستم اعصاب انسان

سیستم اعصاب خارجی (PNS) به منظور متمایز ساختن مسیرهای انتقال اطلاعات از مراکز کنترلی سیستم اعصاب مرکزی را به دو بخش عمده تقسیم کرده اند: سیستم اعصاب مرکزی(متشکل از مغز و نخاع) سیستم اعصاب خارجی(متشکل از اعصاب جمع آوری کننده اطلاعات و انتقال دهنده فرامین ) اعصاب این سیستم خود به دو رده تقسیم می شوند : Somatic: در ارتباط ارگانیسم با محیط خارجی اش دخیل هستند Autonomic(خودکار): حفظ توازن داخلی بدن از طریق تنظیم ترشح هورمون ها، جریان خون، هضم غذا و ...

سیستم اعصاب خارجی (PNS)

سیستم اعصاب مرکزی(CNS) سیستم اعصاب مرکزی از مغز و دنباله طبیعی آن یعنی طناب نخاعی تشکیل شده است. ستون فقرات و جمجمه محافظ مناسبی برای سیستم اعصاب مرکزی هستند.

سلول های عصبی سیستم عصبی انسان از دو نوع سلول تشکیل شده است Neuron Glial تعداد سلول های Glial 10 تا 50 برابر Neuron هاست . وظیفه این سلول ها تغذیه، محافظت و پشتیبانی فیزیکی از نرون ها را بر عهده دارند. هرکدام از این وظایف توسط نوع خاصی از این سلول ها انجام می شوند.

Neurons این سلول ها تمامی اجزای عمومی سلول ها مثل غشائ و سیتوپلاسم را دارند. اما این سلول ها با توجه به وظیفه خاصی که دارند(انتقال اطلاعات) دارای اجزایی هستند که آنها را از سایر سلول ها متمایز می سازد Dandrites : که با شکل شاخه ای خود اطلاعات را جمع آوری و به بدنه سلولی نرون منتقل می کنند. Axons که معمولا بسیار طولانی هستند و هر نرونی تنها یکی از آنه دارد. این جزء اطلاعات را از بدنه سلولی نرون دور می کند و به سایر نرون ها منتقل می کند(به این محل اتصال سیناپس گفته می شود)

Neurons

Neural Communication ارتباطات نرونی توسط دو فرآیند مکمل انجام می شوند. این دو فرآیند عبارتند از: هدایت الکتریکی(نباید با سیناپس های الکتریکی که در ادامه می آیند اشتباه شوند) انتقال شیمیایی

Neural Communication هدایت الکتریکی که انتقال پالس های عصبی در داخل نرون را سریعتر می سازند. هدایت الکتریکی امکان پاسخ سریع را بر خلاف سیستم هورمونی امکان پذیر می سازد. انتقال شیمیایی در محل اتصال دو سلول عصبی صورت می گیرد و انتقال پالس های عصبی را بین نرون ها امکان پذیر می سازد.

Axon Myelination به منظور سرعت بخشی به انتقال پالس های الکتریکی در طول آکسون ها، نرون ها از سلول های glial جانبی استفاده می کنند. این سلول ها خود را به دور آکسون ها می پیچند و غلافی را تشکیل می دهند. این غلاف از ماده ای به نام myelin تشکیل شده است. این ماده انتقال پالس های عصبی در طول آکسون ها را سریعتر می سازد. سرعت انتقال پالس های عصبی در آکسون های دارای میلین برابر 120 متر در ثانیه است(400km/h ) . در صورت نبود میلین این سرعت به 0.5 متر در ثانیه تنزل پیدا می کند. (بیماری MS)

Axon Myelination

Synapses سیناپس به معنی نقطه ای است که آکسون یک نرون به دندریت نرون دیگر متصل می شود. نرون ها به دو طریق می توانند به یکدیگر متصل شوند: سیناپس های الکتریکی(سلول ها با یکدیگر تماس دارند) سیناپس های شیمیایی(سلول ها با یکدیگر تماس ندارند) بخش اعظم سیناپس ها در مغز انسان سیناپس های شیمیایی هستند . این سیناپس ها از سیناپس های الکتریکی کندتر هستند اما انعطاف پذیری آنها سبب ایجاد توانایی یادگیری در انسان هستند.. اجزای یک سیناپس شیمیایی در شکل زیر آمده است.

Synapses

Neurotransmitters مولکول های شیمیایی که شلیک های عصبی را در سیناپس از یک نرون به نرونی دیگر منتقل می کنند. هرNeurotransmitter دارای شکل خاص مولکولی است که به آن امکان می دهد که به جای درست در نرون دیگر متصل شود و وظیفه خاص خود را انجام دهد..این مولکول ها به دو دسته تقسیم می شوند: excitatory neurotransmitters inhibitory neurotransmitter

Neurotransmitters مهمترین انتقال دهنده های عصبی در ادامه آمده اند Acetylcholine : در CNS با هوشیاری، خشم، تهاجم...مرتبط است. بیماری آلزایمر با کمبود این مولکول در بخش هایی از مغز مرتبط است. Dopamine : یک انتقال دهنده عصبی Inhibitor به حساب می آید و در کنترل حرکات ،تنظیم وضعیت روانی، انگیزش و ایجاد حس وابستگی دخالت دارد (با بیماری پارکینسون مرتبط است) GABA (gamma-aminobutyric acid): به طور گسترده ای در کورتکس پخش می شود. این مولکول به دیدن و سایر فعالیت های کورتیکال کمک می کند. داروهایی که سطح این مولکول را در مغز بالا می برند به کنترل صرع و بیماری هانتینگتون کمک می کنند.

Neurotransmitters Glutamate: در یادگیری و حافظه دخیل است Serotonin : در فعالیت های مختلفی از جمله تنظیم درجه حرارت بدن، خواب ، وضعیت روانی، اشتها دخیل است. افسردگی، خودکشی ، بی هدفی و خشونت همه به نوعی با نوسان سطح این مولکول در مغز مرتبط هستند. داروی پروزاک که برای درمان افسردگی به کار می رود سطح این مولکول را در مغز تنظیم می کند.

مغز در این قسمت ابتدا به بیان ساختار مغز می پردازیم و سپس به چند مورد از مهمترین وظایف مغز اشاره می کنیم. شناخت آناتومی مغز در نگاه اول ممکن است بسیار دشوار به نظر برسد اما اگر به مراحلی تکاملی مغز بپردازیم. شناسایی آن آسانتر خواهد بود. در ابتدا لازم است متذکر شویم که اینگونه نیست که هر فعالیتی در بخش خاصی از مغز انجام شود بلکه نواحی مختلف مغز قابلیت انجام کارهای مختفی دارند و همین نکته سبب بهبود تدریجی در برخی بیماران دچار ضربه یا سکته مغزی می شود

ساختار مغز کاراترین مدل برای شناخت مراحل تکاملی مغز مدلی است که توسط پل مکلین تهیه شده است. این نظریه می گوید سه مرحله مختلف تکاملی برای مغز انسان رخ داده تا به شکل امروزی رسیده است . این سه مرحله تکاملی عبارتند از: مغز باستانی : اولین مرحله تکاملی که فعالیت های حیاتی انسان را کنترل می کند.(در خزندگان به اوج تکامل رسید) مغز Limbic : بیشتر دربرگیرنده جنبه های احساسی ماست. Neocortex : در نخستین ها شکل گرفت و در انسان به اوج تکامل رسید. دو نیمه این ناحیه نقش مهمی در تکامل زبان، فکر و اندیشه انسانی داشته اند(دارای توانایی یادگیری تقریبا نامحدود است)

ساختار مغز چهار ناحیه اصلی بر سطح هر نیمکره مغز شناسایی شده است این نواحی و وظایف غالب هر یک در ادامه آمده است. (ناحیه پنجمی هم وجود دارد که در درون مغز قرار دارد)

ساختار مغز

ساختار مغز

ساختار مغز

ساختار مغز

ساختار مغز قسمت های داخلی مغز در شکل زیر مشخص شده اند:

How Memory Works Every time you learn something, neural circuits are altered in your brain. When you learn something, it is actually the increase of synapses’ efficiency, thus facilitating the passage of nerve impulses along a particular circuit.

How Memory Works This increase in efficiency is called LTP (Long-Term Potentiation) LTP: Role of Glutamate and AMPA & NMDA Receptors Some of pre-wired networks, such as those in the hippocampus, play a key role in the formation of memories

Types of Memory Sensory Short-Term (Working) Long-Term iconic memory of visual perceptions echoic memory of auditory perceptions Short-Term (Working) Long-Term

Types of Long-Term Memory Explicit Episodic Semantic Implicit Procedural Emotional Priming Effect Conditioned Reflex

Memory: Neurological Aspect Baddeley’s Model of Working Memory Central Processor In dorsolateral prefrontal lobe Phonological (Acoustic and Linguistic) Memory Wernicke’s area & Broca’s area Visual/Spatial Memory (Containing Mental Images) Region in occipital cortex

Memory: Neurological Aspect The hippocampus, the temporal lobes, and the structures of the limbic system that are connected to them are essential for the consolidation of long-term memory The limbic system decides whether to strengthen the association or not according to “limbic factors” such as how much you are interested in the issue.

Papez’s Circuit Hippocampus ► Mammillary Bodies of the Hypothalamus ► Anterior Thalamic Nucleus ► Cingulate Cortex ► Entorhinal Cortex ► Hippocampus

Factors To Influence How Effectively Memory Functions Degree of Vigilance, Alertness, Attentiveness, and Concentration Interest, Strength of Motivation, and Need or Necessity Affective Values of the Issue, Individual’s Mood and Intensity of Emotion Location, light, sounds, smells... (Environment) recall indexes

Thanks for your attention Any Questions? More information can be found in http://thebrain.mcgill.ca/