ระบบประสาทของสัตว

สภาพรางกายของสัตวที่มีกระดูกสันหลังจะอยูอยางสมดุลจํ าเปนตองมี 2 ระบบ คือ1. ระบบประสาท (Nervous system)2. ระบบฮอรโมน (Hormone)

1. วิวัฒนาการของระบบประสาทระบบประสาทที่งายที่สุดพบในซีเลนเทอเรต ซึ่งมีเซลลประสาทชนิดที่มีใยประสาทยาวเกือบเทากันหมด โดยมี

การเชื่อมกันเปนรางแหที่เรียก Nerve net ตลอดเยื่อบุผิวของรางกาย รางแหประสาทนี้จะนํ ากระแสประสาทไดชา และถูกกระตุนไดทั่วลํ าตัว ถามีการกระตุนเพียงจุดใดจุดหนึ่งของรางกาย

AHydra

BPlanariaCEarthworm

DGrasshopper

รูปที่ 1 วิวัฒนาการของระบบประสาทในพวกที่ไมมีกระดูกสันหลัง

สรุปเนื้อหาเตรยีมสอบ วิชาชีววิทยา รหัสวิชา ว สรุปเนื้อหาเตรยีมสอบ วิชาชีววิทยา รหัสวิชา ว30243 30243 ชั้นมธัยมศกึษาปที่ ชั้นมธัยมศกึษาปที่ 5 5

บทที่ บทที่ 8 8 การรับรูและการตอบสนอง การรับรูและการตอบสนอง

จากรูปที่ 1 A = Nerve netB = ระบบประสาทแบบขั้นบันได (Ladder type nervous system) ของหนอนตัวแบนที่เริ่มมีสมอง

แบบงาย โดยมีปมประสาทที่สวนหัว สองขางของลํ าตัวมี Nerve cord ที่มีรางแหเชื่อมติดกันC = ปมประสาทใหญที่หัวไสเดือนดินD = ตั๊กแตนมีปมประสาทซึ่งเปนศูนยรวมของระบบประสาท และมีเสนประสาททอดยาวตลอดทั่วลํ าตัว

ก.

Cerebrum

Midbrain

Pons Medulla Spinal cord Brain stem

Cerebellum

SkullCorpus callosum

MeningesThalamusHypothalamus

Diencephalon

ข.

Quadriceps stretches Sensory neuron Excitatory synapse

Inhibitory synapse

Motor neuronBiceps relaxes

Quadriceps contracts

Knee cap

รูปที่ 2 ในสัตวที่มีกระดูกสันหลังจะมีระบบประสาทที่ประกอบดวยสมอง (ก) และไขสันหลัง (ข) โดยมีเซลลประสาทนํ าความรูสึก

2. คํ าอธิบายศัพทที่ควรทราบคํ าศัพท คํ าอธิบาย

- Central nervous system (CNS)(ระบบประสาทสวนกลาง)

- ระบบประสาทที่ประกอบดวยสมองและไขสันหลัง

- Peripheral nervous system (PNS)(ระบบประสาทรอบนอก)

- ระบบประสาทที่ประกอบดวย เสนประสาทและปมประสาท(Ganglia)

- Sensory neuron(เซลลประสาทรับความรูสึก)

- เซลลประสาทรับความรูสึกจากอวัยวะรับความรูสึกและสงความรูสึกตอไปยังระบบประสาทสวนกลาง

- Association neuron (Interneuron)(เซลลประสาทประสานงาน)

- เซลลประสาทหลายขั้ว (Multipolar neuron) ที่อยูภายในระบบประสาทสวนกลางที่รับความรูสึกตอจากเซลลประสาทรับความรูสึกและทํ าหนาที่สงความรูสึกตอไปใหกับเซลลประสาทตัวอื่น

- Motor neuron (เซลลประสาทสงความรูสึก) - เซลลประสาทที่รับความรู สึกจากระบบประสาทสวนกลาง (CNS) ไปยังอวัยวะเปาหมาย (Effector organ) เชนกลามเนื้อ ฯลฯ

- Nerve (เสนประสาท) - มดัรวมของสายใยประสาท (Nerve fiber) อาจจะประกอบดวยสายใยประสาทรับความรูสึก (Sensory fiber) หรือสายใยประสาทสงความรูสึก (Motor fiber)

- Somatic motor nerve - เสนประสาทที่กระตุนการหดตัวของกลามเนื้อลาย(Skeletal muscle)

- Autonomic motor nerve - เสนประสาทที่กระตุนการหดตัว (หรือยับยั้งการหดตัว) ของกลามเนื้อเรียบและกลามเนื้อหัวใจมีผลทํ าใหเกิดการหลั่งของตอม

- Ganglion (ปมประสาท) - กลุมของ Cell body ของเซลลประสาทที่อยูภายนอกระบบประสาทสวนกลาง (CNS)

- Nucleus - กลุมของ Cell body ของเซลลประสาทที่อยูภายในระบบประสาทสวนกลาง (CNS)

- Tract - กลุมหรือมัดของสายใยประสาทที่ติดตอกับระบบประสาทสวนกลาง

- Schwann cell (เซลลชวาน) - เซลลที่อยูในระบบประสาทรอบนอก (PNS) อยูรอบแอกซอนของสายใยประสาท ทํ าหนาที่สรางไขมันของสายใยประสาททํ าใหเกิดเปนเยื่อไมอีลิน (Myelin sheaths)

- Myelin sheaths (เยื่อไมอีลิน) - เยือ่ประเภทไขมนัทีส่รางมาจากเซลลชวาน เยือ่นีเ้ปนฉนวนไฟฟา- Node of Ranvier - บริเวณของแอกซอนที่ไมมีเยื่อไมอีลินหุม- Unipolar neuron (เซลลประสาทขั้วเดียว) - เซลลประสาทที่มีขั้วออกจากตัวเซลลเพียงขั้วเดียว

คํ าศัพท คํ าอธิบาย- Bipolar neuron (เซลลประสาทสองขั้ว) - เซลลประสาทที่มีขั้วออกจากตัวเซลลสองขั้ว- Multipolar neuron (เซลลประสาทหลายขัว้) - เซลลประสาทที่มีขั้วออกจากตัวเซลลหลายขั้ว- Synapse (ไซแนปส) - กระบวนการถายทอดกระแสประสาทจากเซลลประสาทหนึ่ง

ไปยังหนวยปฏิบัติงาน (อาจเปน Neuron, Gland หรือMuscle ก็ได รวมเรียกทั้งหมดนี้วา Effector) ซึ่งเปนกลไกที่ทํ าใหเกิดการถายทอดกระแสประสาทขามเซลลไดแบงเปน 2 ประเภท คือ - ไซแนปสไฟฟา เปนไซแนปสที่เกิดขึ้นโดยอาศัยสนามไฟฟา ที่เกิดขึ้นระหวางเซลลประสาทที่ชิดกัน - ไซแนปสที่อาศัยสารสื่อประสาท (Neurotransmitter) ไดแก Acetylcholine และ Noradrenaline

Synaptic ending from another neuron

Neuron to neuron synapse

Neuron to muscle synapseSynaptic ending

Dendrite (Input)Cell body

MuscleAxon

(Coordinationand integration)

Synaptic ending (output)

Muscle

(Conduction)

(ก)

(ข)

(ค)

รูปที่ 3 ลักษณะทั่วไปของเซลลประสาท (Neuron) เปนเซลลที่ไมมีการเพิ่มจํ านวนและมีระยะอินเตอรเฟสยาว เซลลประสาทประกอบดวย (ก) เดนไดรต (Dendrite) ที่นํ ากระแสประสาทเขาสูตัวเซลลมักมีขนาดใหญ อาจจะมีแขนงมากปลายสุดของใยประสาทอาจทํ าหนาที่เปลี่ยนแปลงไปเปนหนวยรับความรูสึก (Receptor) ; (ข) ตัวเซลล (Cell body)ประกอบดวยนิวเคลียสและไซโทพลาซึม ทํ าหนาที่ควบคุมเมแทบอลิซึมและการเจริญเติบโตของเซลลประสาทภายในตัวเซลลมี r-ER ที่เรียก Nissl body นอกจากนี้ยังมีไมโครทิวบูล และไมโครฟลาเมนทที่ชวยคงรูปรางเซลล และลํ าเลียงสารภายในแอกซอน ; (ค) แอกซอน (Axon) มีขนาดเล็กเพียงใยเดียว ทํ าหนาที่ลํ าเลียงกระแสประสาทออกนอกเซลลที่ปลายจะมีถุงบรรจุสารสื่อประสาท (Synaptic vesicle)

3. ชนิดของเซลลประสาทชนิดของเซลลประสาทแบงตามรูปราง การทํ างาน และการมีเยื่อไขมันไมอีลิน

Sensory neuron Interneuron Motor neuron Muscle

Dendrites Axon Soma AxonBoutons Dendrites

Synapses Soma Axon Boutons DendritesSynapses Soma Axon Synapses

BoutonsEnvir

onme

ntal in

forma

tion

Information flow

รูปที่ 4 ความรูสึกถูกรับโดย Sensory neuron สงตอให Interneuron และ Motor neuron ซึ่งมีเซลลเปาหมายคือกลามเนื้อ (Muscle)

Cell body

Dendrites

Trigger zoneAxon

Axon terminal Axon terminal Axon terminal

Cell body

Dendrite

Trigger zoneAxon

Cell body

DendritesTrigger zoneAxon

(a) Multipolar neuron (b) Bipolar neuron (c) Unipolar neuron

รูปที่ 5 ชนิดของเซลลประสาทที่แบงตามรูปราง : (a) เปนเซลลประสาทหลายขั้ว (Multipolar neuron) เปนพวกที่มีเดนไดรตสั้น แอกซอนยาว เดนไดรตมีหลายแขนง ไดแก เซลลประสานงานใน CNS ; (b) เซลลประสาทสองขั้ว(Bipolar neuron) ความยาวของเดนไดรตพอๆ กับของแอกซอน พบเซลลประเภทนี้ที่อวัยวะรับความรูสึก เชน เรตินา(ตา) หู และจมูก ; (c) เซลลประสาทขั้วเดียว (Unipolar neuron) เปนเซลลประสาทที่มีเดนไดรตยาวกวาแอกซอนพบไดที่ปมรากบนของไขสันหลัง (Dorsal root ganglia)

Association neuron

SENSORY NEURON(axon conducts impulses fromreceptor to integrating center)

2 SENSORY RECEPTOR(responds to a stimulus

by producing a generator1

EFFECTOR(muscle or gland that respondsto motor nerve impulses)

5MOTOR NEURON(axon conducts impulses fromintegrating center to effector)

4INTEGRATING CENTER(one or more regions within the CNSthat relay impulses from sensory to

3motor neurons)

or receptor potential)

รูปที่ 6 การทํ างานของเซลลประสาทที่สงความรูสึกเปนทอดๆ โดยมี Sensory neuron สงความรูสึกมายังAssociation neuron และ Motor neuron

NeurofibrilMyelin sheathNucleus of Schwann cell

Cytoplasm of Schwann cell

Membrane of Schwann cell

Node of Ranvier

Axon

Neurofibril

Myelin sheath

Nucleus

Cytoplasm

Membrane

Schwann cellAxon

Plasma membraneA B

รูปที่ 7 (A) แอกซอนที่มีไมอีลินหุม ไมอีลินสรางจากเซลลชวาน(B) เซลลชวานสรางเยื่อไมอีลินหุมแอกซอนและตัวเอง

A

B

Nerve cell body

Myelin Node of Ranvier

รูปที่ 8 (A) แอกซอนที่ไมมีเยื่อไมอีลินหุม การสงกระแสประสาทไปไดชา Action potential เกิดไดตลอดทุกสวนของใยประสาท

(B) แอกซอนที่มีเยื่อไมอีลินหุม ทํ าใหการสงตอกระแสประสาทไปไดเร็ว Action potential เกิดไดเฉพาะNode of Ranvier

4. การทํ างานของระบบประสาทของสัตวท่ีมีกระดูกสันหลังชั้นสูงอยางงาย

สิ่งเรา หนวยรับความรูสึก กระแสประสาท Sensory neuron Interneuron ใน Spinal cord หรือ brain(อวัยวะสัมผัส)

Effector (กลามเนื้อลาย) Motor neuron

Association neuron(Interneuron) Cell body of neuron

Receptor (In skin)

White matter Dorsal

Gray matter

Central canal

Spinal cord

Somatic motor neuron

Effector (Muscle)

Sensory neuron

Ventral

รูปที่ 9 กระบวนการควบคุมการทํ างานของกลามเนื้อลาย โดยมี Sensory neuron สง Impulse ผาน Spinal nerveหรือ Cranial nerve เขาสู Spinal cord และ Brain กระแสประสาทนํ าคํ าสั่งจากไขสันหลังและสมองจะถูกสงผานกลับมาทางเสนประสาททั้งสองไปยังหนวยปฏิบัติงานที่เปนกลามเนื้อลาย บางครั้งการทํ างานของกลามเนื้อลายอาจทํ างานโดยไดรับคํ าสั่งจากไขสันหลังเทานั้น

Afferent neuron ไดแก Sensory neuronสูสมอง

2. กระแสประสาทถกูสงไปยงัไขสนัหลงัโดยผาน Motor neuron

3. Motor neuronสงกระแสประสาท

4. กระแสประสาทกระตุนใหกลามเน้ือลายทีข่าสวนบนเกดิการหดตวั

1. รีเซฟเตอรท่ีเขาจะสงสัญญาณไปใหเซลลประสาทรบัความรูสึก เม่ือเอ็น (Ligament)ทียึ่ดกระดกูกับกระดกูทีเ่ขาไดรบัการกระตุนจากภายนอก

รูปที่ 10 กระบวนการควบคมุการท ํางานของกลามเนื้อลายโดยไดรับคํ าสั่งจากไขสันหลังเทานั้น ปฏิกิริยานี้เรียกวา Reflexaction ไดแก การกระตุกขา ซึ่งเปนเหตุการณที่เกิดขึ้นทันทีโดยอาศัยการสั่งการของไขสันหลัง ไมใชซีรีบรัม ปฏิกิริยานี้เกิดในกระบวนการกระตุกขาหนีจากกนบุหรี่ การใชคอนยาวเคาะเขา การกระพริบตา แตการกระตุกเขาดวยคอนยางเปนปฏิกิริยารีเฟลกซแบบงายที่สุด (Inherited reflex) ที่ประกอบดวยเซลลประสาทเพียง 2 เซลล มีไซแนปส 1 ตํ าแหนงเรียกกระบวนการนี้วา Monosynapse วงจรที่มีการสงสัญญาณประสาทเปนทอดๆ ถูกเรียกวา Reflex arc

5. การทํ างานของเซลลประสาท

Giant axon electrode

axon

1 mm

ก. ข.

รูปที่ 11 การทดลองของ Hodgkin และ Huxley โดยใช (ก) แอกซอนของเซลลประสาทของปลาหมึก (ข) โดยเสียบปลายขางหนึง่ของขัว้หนึง่ของ Microelectrode เขาไปในไซโทพลาซึม โดยมีปลายตอติดกับเครื่องวัดความตางศักยไฟฟา(CRO = Cathode Ray Oscilloscope) สวนอีกขั้วของ Microelectrode แตะที่ผิวแอกซอน

การทํ างานของเซลลประสาท แบงออกเปน 3 ระยะ คือ1. ระยะ Polarization เปนระยะพัก (Resting stage) เปนระยะที่เซลลประสาทยังไมถูกกระตุน ระยะนี้มี

กระบวนการแพร (Diffusion) ของไอออนเขา-ออกจากเซลลประสาท และกระบวนการ Active transport

รูปที่ 12 ไอออน K+ และประจุลบของสารอินทรีย (org-) ที่มีมากในไซโทพลาซึมของเซลลประสาท ขณะที่ภายนอกเซลลมี Na+ และ Cl- สูง ทํ าใหเกิดการแพรของไอออน K+ จากไซโทพลาซมึออกนอกเซลล ซึง่กระบวนการแพรของ K+

ออกนอกเซลลเกิดงายกวากระบวนการแพรของ Na+ จากนอกเซลลสูไซโทพลาซมึ ขณะเดยีวกนัจะมกีระบวนการใชพลงังาน(Active transport) ขับ Na+ ออกนอกเซลลและดึง K+ เขาสูภายในไซโทพลาซึม กระบวนการนี้เรียกวา Sodium-potassium pump

Inside of cell

Outside of cell

Na-K pump Na gate+K gate+

K+

Na+

รูปที่ 13 กระบวนการโซเดียมโพแทสเซียมปม ประกอบดวยเอนไซมที่เปน Membrane protein กระบวนการนี้ทํ าใหภายในไซโทพลาซึมเปนประจุลบมีไอออน K+ และภายนอกเซลลเปนประจุบวกของประจุ Na+ อยางไรก็ตามไอออน K+

แพรออกจากเซลลและไอออน Cl- พยายามกีดกันการแพรออกของ K+ จึงทํ าให K+ แพรผานไดงายเพราะเยื่อหุมเซลลยอมให K+ ผาน ดวยเหตุนี้ภายในไซโทพลาซึมจึงมีประจุคอนไปทางลบ และเยื่อหุมเซลลภายนอกเปนประจุบวก เรียกสภาพเชนนี้วา Polarization ความตางศักยไฟฟาระหวางผิวภายนอกและผวิภายในของเซลลประสาทเปน -60 มลิลิโวลตซึ่งเปนคาความตางศักยไฟฟาของเซลลประสาทขณะพัก (Resting membrane potential) คาความตางศักยไฟฟานี้ขึ้นอยูกับ K+ เปนสํ าคัญ

2. ระยะ Depolarization เปนระยะที่มีการสูญเสียความเปนประจุ มีประจุลบภายในเซลลเมมเบรน และประจุบวกภายนอกเซลล

+40mV-70

+40mV-70

+40mV-70

+40mV-70

A

B

C

D

รูปที่ 14 เมื่อสิ่งเราถึงระดับความแรงตํ่ าสุดที่ทํ าใหเกิดกระแสประสาท (เรียกวา Threshold) ทํ าใหมี Na+ รั่วเขามาในเซลล ประจุที่ผิวดานในเมมเบรนจะมีประจุบวก ดานนอกที่มีการสูญเสีย Na+ จะเปนประจุลบเรียกวา Depolarizationความตางศักยไฟฟาจะเปลี่ยนแปลงจาก -70 mV ไปเปน 0 และ +40 mV ตามลํ าดับ ทํ าใหเกิดความตางศักยระหวางจุดกระตุนและจุดถัดไป โดยบริเวณถัดไปดานนอกยังคงเปนบวก ดานในยังคงเปนลบ เกิด Action potential และเกิดการไหลของประจุไฟฟาจากศักยสูง (ภายในเปน +) ไปจุดตอไปที่ศักยตํ่ า (ภายนอกเปน -) ทํ าใหเกิดเปนปฏิกิริยาไฟฟาเคมี มีการนํ ากระแสประสาทขึ้นจากเดนไดรต → ตัวเซลล → แอกซอน และเกิด Na+ - K+ pump กลับคืนมา(เรียกวา Repolarization)

3. ระยะ Repolarization

Neurotransmitter

Synaptic vesicle

Degradation enzymeAction potential

Actio

n pote

ntial

Postsynaptic cellReceptor

Synaptic cleft

Presynaptic cellBouton

channelCa2+

Ca2+

Ca2+

Na+

Na channel+

รูปที่ 15 กระบวนการ Synapse โดยมีสารสื่อประสาท (Neurotransmitter) ชนิด Acetylcholine (ACH) และNoradrenaline (สรางจาก Sympathetic neuron) เทานั้น เมื่อสารสื่อประสาทขามไซแนปสแลวจะถูกทํ าลายดวยเอนไซมโคลีนเอสเตอเรส ทํ าลาย ACH เอนไซม Monoaminoxidase ทํ าลาย Noradrenaline เพื่อใหเซลลประสาทไมถูกกระตุนตลอดเวลา

6. ยาทํ าลายประสาทสาร กระบวนการ ผล

AtropineCurareStrychnineยาระงับประสาทสารคาเฟอีน (ยากระตุนประสาท)ยาฆาแมลงสารพิษจากแบคทีเรีย

ขัดขวางการสงกระแสประสาทบริเวณไซแนปสทํ าลายไซแนปสระหวาง Neurone กับ MuscleบริเวณไซแนปสมีการกระตุนติดตอกันตลอดเวลาNeurotransmitter ถูกปลอยออกมานอยมีการปลอย Neurotransmitter มากยับยั้งการทํ างานของเอนไซม Cholinesteraseยับยั้งการปลอยสารสื่อประสาท

-ยับยั้งการหดตัวของกลามเนื้อกลามเนื้อเกร็งอาจตายไดจิตใจสงบ ไมกังวลตื่นตัวกลามเนื้อเกร็งตลอดกลามเนื้อออนแรง