บทที่ 8 การรับรู้และการตอบสนอง บทที่ 8 การรับรู้และการตอบสนอง Biology (40243) Miss Lampoei Puangmalai
บทที่ 8 การรับรู้และการตอบสนอง บทที่ 8 การรับรู้และการตอบสนอง 8.1 การรับรู้และการตอบสนอง 8.2 การตอบสนองของสิ่งมีชีวิตชั้นต่ำและสัตว์มีกระดูกสันหลังชั้นต่ำบางชนิด 8.3 เซลล์ประสาท 8.4 การทำงานของเซลล์ประสาท 8.5 โครงสร้างของเซลล์ประสาท 8.6 การทำงานของระบบประสาทสั่งการ 8.7 อวัยวะรับความรู้สึก
จุดประสงค์การเรียนรู้ 2. สืบค้นข้อมูล สำรวจตรวจสอบ อธิบาย และจำแนก ส่วนประกอบและหน้าที่ของเซลล์ประสาท พร้อมทั้งสรุปการเกิดกระแสประสาท
Nervous system
8.3 เซลล์ประสาท Nervous system มี nerve tissue ซึ่งประกอบด้วยเซลล์ 2 ชนิด คือ 1. nerve cell (neuron) 2. supporting cell http://www.mhhe.com/biosci/ap/histology_mh/neurons.html
เซลล์ประสาท (nerve cell) ตัวเซลล์ (cell body) ใยประสาท (nerve fiber) Cell body เป็นส่วนของ cytoplasm และ nucleus มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 4-25 ไมโครเมตร ภายในมีออร์แกเนลล์ที่สำคัญ คือ mitochondria , ER , Golgi ‘s complex จำนวนมาก Nerve fiber เป็นส่วนของเซลล์ที่ยื่นออกมาจากตัวเซลล์มีลักษณะเป็นแขนงเล็ก ๆ Nerve fiber ที่นำกระแสประสาทเข้าสู่ตัวเซลล์ เรียกว่า dendrite Nerve fiber ที่รับกระแสประสาทออกจากตัวเซลล์ เรียกว่า axon Nerve cell แต่ละเซลล์จะมี dendrite แยกออกจากตัวเซลล์หนึ่งใยหรือหลายใย ส่วน axon มีเพียงใยเดียวเท่านั้น
http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/150/neuro/neurophysiology.htm
โครงสร้างเซลล์ประสาท http://www.steve.gb.com/science/nervous_system.html http://faculty.southwest.tn.edu/rburkett/A&P1_nervous_system_lab.htm
http://faculty. southwest. tn. edu/rburkett/A&P1_nervous_system_lab http://faculty.southwest.tn.edu/rburkett/A&P1_nervous_system_lab.htm
http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/150/neuro/neurophysiology.htm
Axon ใยประสาทของ axon ประกอบด้วย 1. เยื่อไมอีลิน (myelin sheath) มาหุ้มใยประสาท 2. เซลล์ชวันน์ (schwann cell) เป็นเซลล์ค้ำจุนชนิดหนึ่ง 3. โนดออฟแรนเวียร์ (node of Ranvier) เป็นบริเวณรอยต่อของ schwann cell แต่ละเซลล์ ไม่มี myelin sheath
http://faculty. southwest. tn. edu/rburkett/A&P1_nervous_system_lab http://faculty.southwest.tn.edu/rburkett/A&P1_nervous_system_lab.htm
http://faculty. southwest. tn. edu/rburkett/A&P1_nervous_system_lab http://faculty.southwest.tn.edu/rburkett/A&P1_nervous_system_lab.htm
Nerve cell จำแนกตามหน้าที่ได้ 3 ชนิด 1. เซลล์ประสาทรับความรู้สึก (sensory neuron) คือ เซลล์ประสาทที่รับกระแสประสาทจากหน่วยรับความรู้สึก แล้วถ่ายทอดกระแสประสาทไปยัง motor neuron 2. เซลล์ประสาทสั่งการ (motor neuron) มักมี axon ยาวกว่า dendrite เสมอ เพราะ เซลล์ประสาทต้องส่งกระแสประสาทจากไขสันหลัง ไปสู่หน่วยปฎิบัติการไกล ๆ เช่น กล้ามเนื้อแขน-ขา 3. เซลล์ประสาทประสานงาน (association neuron) เป็นตัวเชื่อม 1 , 2 ยาวเพียง 4-5 ไมโครเมตรเท่านั้น อยู่ภายใน สมองและไขสันหลัง
Neurons also vary with respect to their functions : Sensory neurons carry signals from the outer parts of your body (periphery) into the central nervous system. Motor neurons (motoneurons) carry signals from the central nervous system to the outer parts (muscles, skin, glands) of your body. Receptors sense the environment (chemicals, light, sound, touch) and encode this information into electrochemical messages that are transmitted by sensory neurons. Interneurons connect various neurons within the brain and spinal cord.
http://www.carleton.ca/ics/courses/cgsc5001/lecture6.html
Neurons occur in 3 varieties : unipolar types-sensory neurons located in dorsal root ganglia bipolar types-sensory neurons found in the special senses multipolar types-the majority of neurons
http://faculty. southwest. tn. edu/rburkett/A&P1_nervous_system_lab http://faculty.southwest.tn.edu/rburkett/A&P1_nervous_system_lab.htm
http://health.howstuffworks.com/brain2.htm
Synapse What is Synapse ? Axon อาจแตกออกเป็นกิ่งก้านหลายอัน แล้วไปอยู่ชิดกับ cell body หรือส่วนของ dendrite ของเซลล์ประสาทอื่น หรือหน่วยปฏิบัติงาน เพื่อถ่ายทอดกระแสประสาท บริเวณที่อยู่ใกล้กัน เรียกว่า synapes
Synapse http://66.241.252.6/brainhealth.html
http://academic.wsc.edu/faculty/jatodd1/351/ch6outline.html
http://www.memorylossonline.com/glossary/neurotransmitter.html
FUNCTIONAL TERMINOLOGY of Neurons - Nerve - bundle of neurons wrapped in connective tissue Ganglia - cluster of cell bodies of individual neurons Sensory neurons... (afferent neurons) - external stimuli from receptors toward CNS Interneurons... integrate & relay sensory input to motor neuron Motor Neurons... (efferent neurons) - convert signals to effector cells = response
8.4 การทำงานของเซลล์ประสาท กระแสประสาทเกิดจาก สิ่งเร้าชนิดต่าง ๆ เช่น เสียง ความร้อน สารเคมีสารเคมี ที่มากระตุ้นหน่วยรับความรู้สึก จะถูกเปลี่ยนให้เป็นกระแสประสาท
การเกิดกระแสประสาท จากการวิจัยของนักสรีรวิทยาหลายท่าน โดยเฉพาะ ฮอดจ์กิน (A.L. Hodgkin) และ ฮักซเลย์ (A.F. Huxley) ผู้ได้รับรางวัลโนเบลในปี พ.ศ. 2506 ทำให้ทราบว่ากระแสประสาทเกิดขึ้นได้อย่างไร ? โดยการนำ microelectrode ซึ่งมีลักษณะคล้ายหลอดแก้วที่ดึงให้ยาว ตรงปลายเรียวเป็นท่อขนาดเล็ก มาต่อกับมาตรวัดความต่างศักย์ไฟฟ้า จากนั้นเสียบปลายของ microelectrode เข้าไปใน axon ของหมึก และแตะปลายอีกข้างหนึ่งที่ผิวด้านนอกของ axon ของหมึก
http://cti.itc.virginia.edu/~psyc220/
How to measure cell electrical potentials http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/150/neuro/neurophysiology.htm
การเกิดกระแสประสาท สามารถวัดความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างภายใน และภายนอกเซลล์ประสาทของหมึกพบว่ามีค่าประมาณ -70 มิลลิโวลต์ ซึ่งเป็นศักย์เยื่อเซลล์ระยะพัก (resting membrane potential) เยื่อหุ้มเซลล์มีโปรตีนทำหน้าที่ควบคุมการเข้าออกของไออนบางชนิด เช่น NA+ เรียกว่า ช่องโซเดียม K+ เรียกว่า ช่องโพแทสเซียม การเปลี่ยนความต่างศักย์ดังกล่าวนี้เรียกว่า action potential หรือกระแสประสาท (nerve impulse)
http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/150/neuro/neurophysiology.htm
http://www.sirinet.net/~jgjohnso/neuronphysiology.html
http://www.yorku.ca/eye/spike.htm
sodium-potassium pump ขณะที่เซลล์ประสาทยังไม่ถูกกระตุ้น พบว่า สารละลายภายนอกเซลล์มี Na+ สูงกว่าในเซลล์ ขณะที่สารละลายภายในเซลล์มี K+ สูงกว่าภายนอกเซลล์ จากความแตกต่างของไอออนนี้ เซลล์สามารถดำรงความเข้มข้นอยู่ได้ เพราะ อาศัยพลังงานจาก ATP ดัน Na+ ออกไปนอกเซลล์ทางช่องโซเดียม พร้อมกับดึง K+ เข้ามาในเซลล์ทางช่องโพแทสเซียม ในอัตราส่วน 3Na+ : 2K+ เรียกกระบวนการนี้ว่า sodium-potassium pump
sodium-potassium pump http://people.eku.edu/ritchisong/301notes1.htm
http://fajerpc. magnet. fsu http://fajerpc.magnet.fsu.edu/Education/2010/Lectures/39_Neve_Conduction.htm
Depolarization เมื่อมีสิ่งเร้ามากระตุ้นเซลล์ประสาท ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลง คือ Na+ จะเข้ามาในเซลล์มากขึ้น ภายในเซลล์จะเป็นลบ (-) น้อยลง ความต่างศักย์ที่เยื่อเซลล์จะเปลี่ยนจาก -70 มิลลิโวลต์ เป็น +50 มิลลิโวลต์ เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า depolarization
http://www.cidpusa.org/physiology.htm
http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/150/neuro/neurophysiology.htm
Repolarization เมื่อ Na+ ผ่านเข้ามาในเซลล์สักครู่ ช่องโซเดียมจะปิด ขณะที่ช่องโพแทสเซียมจะเปิด ทำให้ K+ ออกมานอกเซลล์ได้ ทำให้เซลล์สูญเสียประจุบวก (+) และภายในเซลล์จะเปลี่ยนเป็นลบ (-) ความต่างศักย์ที่เยื่อเซลล์จะเปลี่ยนจาก +50 มิลลิโวลต์ เป็น -70 มิลลิโวลต์ กลับสู่สภาพเดิม เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า repolarization
http://www.cidpusa.org/physiology.htm
http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/150/neuro/neurophysiology.htm
http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/150/neuro/neurophysiology.htm
Expanded explanation of step 3 above : http://academic.wsc.edu/faculty/jatodd1/351/ch6outline.html
http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/150/neuro/neurophysiology.htm
Excitatory Postsynaptic Potential (EPSP) http://www.northland.cc.mn.us/biology/AP2Online/Fall2001/Nervous/nerve9.htm
Myelin sheath มีผลกับความเร็วของกระแสประสาทหรือไม่ ? ถ้าใยประสาทมี myelin sheath หุ้ม myelin sheath จะทำหน้าที่ เป็นฉนวนกั้นประจุไฟฟ้าที่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ ดังนั้น axon ตรงบริเวณที่มี myelin sheath หุ้ม จะไม่มี action potential เกิดขึ้น action potential จะเคลื่อนที่จาก node of Ranvier ไปยังอีก node of Ranvier หนึ่ง ตลอดความยาวของใยประสาท เนื่องจาก depolarization เคลื่อนที่เข้าหา Na+ บริเวณ node of Ranvier ไปยังบริเวณถัดไป ซี่งใช้เวลาน้อยกว่า การเคลื่อนที่ของกระแสประสาทที่ไม่มี myelin sheath หุ้ม
http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/150/neuro/neurophysiology.htm
http://www.octc.kctcs.edu/gcaplan/anat/Notes/API%20Notes%20K%20%20Neurons.htm
ปัจจัยที่มีผลต่อความเร็วของกระแสประสาท 1. myelin sheath 2. เส้นผ่านศูนย์กลางของใยประสาท 3. ระยะห่างของ node of Ranvier
การถ่ายทอดกระแสประสาทระหว่างเซลล์ประสาท การถ่ายทอดกระแสประสาทระหว่างเซลล์ประสาทได้ เนื่องจาก มี สารสื่อประสาท (neurotransmitter) เช่น Acetylcholine Norepinephrine Endophine
Acetylcholine http://cwx.prenhall.com/bookbind/pubbooks/mcmurrygob/medialib/media_portfolio/20.html
Here are some neurotransmitters http://mcdb.colorado.edu/courses/3280/lectures/class10.html
Synapse รอยต่อระหว่าง Synapse นั้นมีช่องขนาด 0.02 ไมโครเมตร คั่นอยู่ ที่ปลาย axon จะมีถุงขนาดเล็ก และ mitochondria สะสมอยู่มาก ภายในถุงจะบรรจุ neurotransmitter อยู่ เมื่อกระแสประสาทเคลื่อนที่มาถึงปลาย axon ถุงเล็ก ๆ ดังกล่าวจะเคลื่อนที่ไปรวมตัวกับเยื่อหุ้มเซลล์ของเซลล์ถัดไป ทำให้ กระแสประสาทที่ถูกกระตุ้น มีกระแสประสาทเกิดขึ้น และถูกถ่ายทอดต่อไป
http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/150/neuro/neurophysiology.htm
http://www. estrellamountain. edu/faculty/farabee/biobk/BioBookNERV http://www.estrellamountain.edu/faculty/farabee/biobk/BioBookNERV.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Synapse
การส่ง neurotransmitter เมื่อ neurotransmitter ถูกปล่อยออกมา เข้าสู่ช่อง synapse Neurotransmitter จะไปจับกับ โปรตีนที่เยื่อหุ้มเซลล์ของเซลล์ประสาทหลัง synapse ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของไอออนผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ เกิดการเปลี่ยนแปลงความต่างศักย์ที่ dendrite ของเซลล์ประสาทหลัง synapse ทำให้เกิดการส่งกระแสประสาทต่อไป
http://www. besttreatments. co http://www.besttreatments.co.uk/btuk/images/epilepsy_neurotransmitter.gif
http://www.stanford.edu/group/hopes/sttools/figureid.html
http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/150/neuro/neurophysiology.htm
This electron micrograph illustrates the important componants of a CNS synapse http://mcdb.colorado.edu/courses/3280/lectures/class10.html
As summarized in the figure, the vesicle cycle involves : targeting, tethering, docking release membrane recovery and transmitter breakdown / recovery vesicle replenishment / recycling http://mcdb.colorado.edu/courses/3280/lectures/class10.html
http://psych.hanover.edu/Krantz/neurotut.html http://cas.bellarmine.edu/tietjen/HumanBioogy/bills_nerve_pix.htm http://peer.tamu.edu/curriculum_modules/OrganSystems/module_5/whatweknow2.htm
การส่ง neurotransmitter Neurotransmitter ที่เหลืออยู่ในช่อง synapse จะถูกสลายโดยเอนไซม์ สารที่ได้จากการสลายอาจจะนำกลับเข้าไปสร้าง neurotransmitter ใหม่ บางส่วนกำจัดออกทางระบบเลือด ดังนั้น dendrite จึงถูกกระตุ้นเฉพาะเวลาที่ axon ปล่อย neurotransmitter ออกมาในช่วงสั้น ๆ เท่านั้น
ยามีผลต่อกระแสประสาท ? ยาที่มีผลต่อการถ่ายทอดกระแสประสาทที่ synape เช่น ยาระงับประสาท นิโคติน คาเฟอีน แอมเฟตามีน สารที่สามารถยับยั้งการทำงานของเอนไซม์ที่มาสลายสารสื่อประสาร เช่น ยาฆ่าแมลงบางชนิด
References สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี. หนังสือเรียนสาระการเรียนรู้พื้นฐานและเพิ่มเติม ชีววิทยา เล่ม 3. กระทรวงศึกษาธิการ. กรุงเทพฯ : 2547. 156 หน้า. http://school.obec.go.th/saneh/k/ka12.html http://faculty.washington.edu/chudler/invert.html http://www.mut.ac.th/~vet/Anat-html/nervous/nervous.html http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/150/neuro/neurophysiology.htm
Thank you Miss Lampoei Puangmalai Major of biology Department of science St. Louis College Chachoengsao