המערכת המרכזית הראשונה שמתפתחת בעובר היא מערכת העצבים המרכזית, היא מתחילה להתפתח שלושה שבועות לאחר ההפריה. העובר בימים הראשונים כולל שלוש שכבות של תאים, הנקראים שכבות נבט. שכבות אלו הן רקמות תאים ממויינים, אשר יהוו את הבסיס לכל מערכות הגוף המפותחות. במהלך השבועות הראשונים של חיי העובר החלק המרכזי של השכבה החיצונית (דורסלית) מתקפל ויוצר מעין תעלה מאורכת הנקראת התעלה העצבית (neural tube) אשר תהווה את הבסיס לחוט השדרה. החלק הקדמי של התעלה מתחיל להתרחב ויוצר שלושה חלקים מובחנים בצורת שקים בקצה התעלה. בשבוע החמישי כבר ניתן לזהות בהתרחבויות עצמן חלוקות פנימיות. התאים בדפנות של שלושת השקים ייצרו בהמשך את שלושת החלקים של המוח - המוח האחורי שמכיל את הצרבלום ואת גזע המוח, המוח האמצעי הכולל את הטקטום והטגמנטום והמוח הגדול שמתפתח לתלמוס, להיפותלמוס ולקליפת המוח.
התפתחות אבולוציונית.
היחידה הקטנה ביותר של מערכת העצבים היא הנוירון. תא זה קולט ומעבד מידע באמצעות העברת אותות אלקטרוכימיים. יחידה זו היא עתיקה מבחינה פילוגנטית וגרסה מקבילה לו המשתמשת באותות אלקטרוכימיים כבר נמצאת אצל אורגניזמים חד-תאיים כגון אמבות. עם התקדמות החץ האבולוציוני החלו היצורים לפתח מערכות יותר ויותר מתקדמות להעברה ושימור מידע מה שנתן להם יתרון הישרדותי. עם הזמן נוצרו יותר ויותר יחידות יסוד קרי נוירונים, בד בבד עם התעצמות ביכולת הנוירונים ליצור קשרים מרובים. אצל חלק מהיצורים המערכת התפזרה בכל הגוף כאשר כל יחידה ויחידה מתפקדת כמערכת בפני עצמה כמו אצל מדוזות, ומתוך פיצול בעץ הפילוגנטי נוצר לחץ אבולוציוני לריכוז צברי נוירונים אשר ניתן לראות כבר אצל תולעים שטוחות. במורד העץ הפילוגנטי ניתן לראות התקדמות של צברי הנוירונים לכיוון ראש האורגניזם תוך יצירת חוט המקשר בינם לבין שאר מערכות הגוף. כמו כן משוער כי איבר הניתן לסיווג כמדולה הופיע לפני כחצי מיליארד שנים, איבר זה היווה תחנת שליטה המרכזת את כל תפקודי החיים הבסיסיים. עם התקדמות האבולוציה התפתחו הסתעפויות רבות כמו התפתחות מערכות לימביות המקושרות לרגש. משערים כי בשלב מאוחר לאחר הימצאות הקורטקס התפתחה גם תחושת המודעות, אך אין עדיין הסבר לתהליך ההתפתחות הזה.
תופעה נוספת שהעסיקה חוקרים רבים היא ההתפתחות המואצת של מערכת העצבים האנושית. חוקרים גילו שהמוח האנושי גדל יותר מהר ביחס לקצב האבולוציה במינים אחרים, וההשערה היא שמעורבים בתהליך גנים אשר עושים מוטציות במוח באופן יזום. נגזרת מהשערה זו היא שהמוח האנושי עדיין ממשיך להתפתח בתהליך אבולוציוני מואץ.
סינפסה
סינפסה (בעברית: מִצמד או מִסְנָף) היא אזור המפגש בין תא עצב לתא מטרה, אשר יכול להיות תא עצב אחר, תא שריר או תאי בלוטות.
הסינפסה משמשת להעברת מסרים עצביים לתאי המטרה. תא העצב המשדר מכונה פרה-סינפטי או קדם-סינפטי (לפני הסינפסה) ותא המטרה הקולט מכונה פוסט-סינפטי או בתר-סינפטי (אחרי הסינפסה).
מקור המילה סינפסה ביוונית ופירושה "לקשר".
קיימים שני סוגים של סינפסות:
תפקוד.
מערכת העצבים מורכבת מתאי עצב רבים המקיימים תקשורת רצופה בינם לבין עצמם וגם עם תאים מסוגים אחרים, והסינפסה היא המבנה באמצעותו מתבצעת התקשורת הזו. כל תא עצב מקיים על קרום התא שלו מבנים פוסט-סינפטיים בהם הוא מקבל קלט מתאי עצב אחרים, רובם נמצאים על הדנדריטים, ומבנים פרה-סינפטיים, בקצוות האקסון, שם מוסר תא העצב את הפלט לתאי עצב אחרים.
העברה סינפטית.
בסינפסות כימיות העברת המסר מתבצעת על ידי שחרור של מוליכים עצביים (נוירוטרנסמיטרים) אל המרווח הסינפטי וקליטתם בתא המטרה. המוליכים העצביים מסונתזים ומאוחסנים בשלפוחיות סינפטיות, אשר נמצאות בקצה האקסון של תא העצב הפרה-סינפטי. מעבר למרווח הסינפטי, בקרום התא הפוסט-סינפטי, נמצאים קולטנים הקושרים אליהם את מולקולות המוליך העצבי. סוג ההשפעה של הסינפסה על התא הפוסט-סינפטי תלוי בסוג המוליך העצבי והקולטנים. ידועים היום מספר עשרות של מוליכים עצביים, ולכל אחד מהם ידועים מספר קולטנים, כך שקיים מגוון גדול של השפעות להעברה הסינפטית.
סך השינויים הנגרמים על ידי הסינפסות מסוכם על ידי תא המטרה בכל נקודת זמן לשינויים במתח החשמלי על-פני קרום התא, וכאשר מתח זה מגיע לערך סף מסוים יפתחו תעלות נתרן תלויות-מתח בכמות מספיקה ויתפתח פוטנציאל הפעולה.
מבנה הסינפסה.
הסינפסה מורכבת מהחלקים הבאים:
עיצוב מחדש של קשרים סינפטיים.
קשרים סינפטיים, במיוחד במערכת העצבים המרכזית, אינם קבועים. סינפסות מתנוונות ואחרות נוצרות, וההנחה היא כי הקשר הסינפטי בין שני תאים יכול להשתנות בהתאם לפעילות שלו. סינפסות יכולות להתחזק או להחלש לטווחי זמן של ימים ושעות. תהליך זה מכונה באנגלית Long-term synaptic plasticity' ובראשי תיבות LTP. תהליך איטי יותר הוא "עיצוב מחדש של קשרים סינפטיים" (synaptic remodeling).
סוגי סינפסות.
ניתן לסווג את הסינפסות על פי מספר מאפיינים.
סוג תא המטרה.
כאמור, סינפסה מחברת בין תא עצב לתא המטרה שלו. תא המטרה יכול להיות תא עצב או תא מסוג אחר. סינפסה בין תא עצב לתא שריר מכונה צומת עצב-שריר.
ההשפעה על תא המטרה (סוג המוליך העצבי).
ניתן להבחין בין הסינפסות על פי אופן ההשפעה שלהן על תא המטרה. ישנן סינפסות המגבירות את הסיכוי להיווצרות פוטנציאל פעולה ואחרות המעכבות את היווצרותו.
סינפסות מעוררות.
סינפסה מעוררת (סינפסה אקסיטטורית) היא סינפסה המקרבת את המתח על פני קרום התא לסף בו מתפרץ פוטנציאל פעולה. בדרך כלל, הקולטנים בסינפסות אלו הם תעלות יונים המאפשרות ליונים חיוביים ובעיקר לנתרן לזרום לתוך התא ופתיחתן מובילה להקטנה בהפרש המתחים בין שני צידי הממברנה. מוליכים עצביים בעלי השפעה כזו הם למשל חומצה גלוטמית ואצטילכולין (באמצעות הקולטן הניקוטיני שלו).
סינפסה מעכבת.
סינפסה מעכבת (סינפסה אינהיביטורית) היא סינפסה המרחיקה את תא המטרה מהיכולת לירות פוטנציאל פעולה. פעילות כזו יכולה להיגרם על ידי הגדלת הפרש המתחים בין שני צידי קרום התא (למשל, על ידי פתיחת תעלות יונים לאשלגן היוצא מהתא החוצה), או על ידי ירידה בהתנגדות החשמלית של קרום התא (shunting inhibition). המוליך העצבי המעכב העיקרי במערכת העצבים המרכזית הוא גאבא (GABA).
ניתן להבחין בין שני מנגנוני עיכוב עיקריים:
היבטים רפואיים.
רבות מהתרופות שמשפיעות על ההתנהגות עושות זאת באמצעות השפעה על תהליך ההעברה המתרחש בסינפסה.
תרופות אלו מתחלקות לשני סוגים:
סריקת מוח ממוחשבת
דימות מוחי
דימות מוחי הוא תחום המשתמש בכלים ובטכנולוגיות ליצירת דימות של המבנה, התפקוד והרכבו הכימי של המוח, זאת לצורך אבחון מחלות או לצורכי מחקר. תמונות המתקבלות מסריקות של דימות מוחי משקפות מאפיינים שונים של המוח ופעילותו. זהו תחום חדש יחסית, ונעשה בו שימוש ברפואה ובתחומים השונים של מדעי המוח.
ישנן מספר שיטות לסריקת מוח, שעם הנפוצות שבהן נמנות הבאות:
היסטוריה של הדמיה.
הפרק הראשון של ההיסטוריה של ההדמיה מתחיל בנוירולוג האיטלקי אנג'לו מוסו (באנגלית: ) שהמציא את 'איזון מחזור הדם האנושי', אשר יכול למדוד באופן לא פולשני את חלוקת הדם מחדש במהלך פעילות רגשית ואינטלקטואלית. אף על פי שהדבר הוזכר בקצרה על ידי ויליאם ג'יימס בשנת 1890, הפרטים בנוגע לניסויים שערך מוסו נותרו במידה רבה לא ידועים עד לשנים האחרונות, כאשר התגלו מחדש המכשיר המקורי, וכן התיאורים המקוריים של מוסו שדווחו על ידי סטפנו סנדרון ועמיתיו.
בשנת 1918 הנוירוכירורג האמריקאי וולטר דנדי (באנגלית: ) הציג את טכניקת הוונטריקולוגרפיה (ventriculography) - יצירת תמונות רנטגן של חדרי המוח על ידי הזרקה של אוויר מסונן ישירות לתוך אחד מחדרי המוח הצדיים או שניהם. דנדי גם ציין כי אוויר שנכנס לתוך החלל התת-עכבישי של חוט השדרה בהליך של ניקור מותני יכול גם הוא להיכנס לחדרי המוח, וניתן להשתמש בכך כדי להראות את חללי נוזל המוח והשדרה סביב הבסיס של המוח ועל פני השטח שלו. טכניקה זו נקראת pneumoencephalography.
בשנת 1927 אנטוניו אגש מוניש הציג אנגיוגרפיה מוחית, שבעזרתה כלי דם נורמליים ולא נורמליים בתוך ומסביב למוח ניתנים להדמיה בדיוק רב.
בשנות ה-1970 המוקדמות, אלן קורמאק (באנגלית: ) וגודפרי נ. האונספילד הציגו את הטומוגרפיה הממוחשבת (CAT או CT), ואז תמונות אנטומיות יותר ויותר מפורטות של המוח הפכו להיות זמינות למטרות אבחון ומחקר. קורמאק והאונספילד זכו בפרס נובל לפיזיולוגיה או לרפואה לשנת 1979 על עבודתם. זמן קצר לאחר כניסתה של CAT בראשית שנות ה-1980, הפיתוח של ליגנדים רדיואקטיביים אפשר טומוגרפיית פליטת פוטון בודד (SPECT) וטומוגרפיית פליטת פוזיטרונים (PET) במוח.
פחות או יותר במקביל, דימות תהודה מגנטית (סריקת MRI או MR) פותח על ידי חוקרים ובהם פיטר מנספילד ופול לוטרבור, שזכו בפרס נובל לפיזיולוגיה ורפואה בשנת 2003. בתחילת שנות ה-80 MRI נכנס לשימוש קליני, ובמהלך שנות ה-80 נפרצה דרך של חידודים טכניים ויישומי MR לצורכי אבחון. אחרי זמן קצר, מדענים גילו שהשינויים הגדולים בזרימת הדם שנמדדים על ידי PET ניתנים לדימות גם בסוג הנכון של MRI, וכך נולד דימות תהודה מגנטית תפקודי (fMRI). מאז שנות ה-90, ה-fMRI השתלט על תחום מיפוי המוח, וזאת משום שהוא לא מאוד פולשני, יחסית זמין, ואינו כרוך בחשיפה לקרינה.
בתחילת שנות ה-2000, תחום הדימות הגיע לשלב שבו ניתן גם לפתח יישומים מעשיים המתבססים על הדמיה תפקודית של המוח. אזור היישום העיקרי הוא צורות בסיסיות של ממשק מוח-מחשב.
אינדיקציות.