جهاز عصبي مركزي

البنية

يتكون الجهاز العصبي المركزي من اثنين من التركيبات الرئيسية: الدماغ والحبل الشوكي. الدماغ مغطى بالجمجمة، والتي يحميها القحف، والحبل الشوكي مستمر مع الدماغ ويقع ذيليّاً بالنسبة إلى الدماغ،  ومحمي من قبل العمود الفقري،  ويبدأ الحبل الشوكي من قاعدة الجمجمة، حيث أنه يستمر من خلال أو يبدأ من أدنى  الثُّقْبَةُ العُظْمَى،  وينتهي تقريبا مع مستوى الفقرة القطنية الأولى أو الثانية،  ويحتل الأقسام العلوية من القناة الفقرية.

المادة البيضاء والرمادية (السنجابية)

مجهرياً، هناك اختلافات بين الخلايا العصبية والأنسجة في الجهاز العصبي المركزي والجهاز العصبي المحيطي، وينقسم الجهاز العصبي المركزي إلى المادة البيضاء والرمادية،  ويمكن أن ينظر ظاهريا إلى أنسجة المخ؛ حيث تتكون المادة البيضاء من المحاور والخلايا قليلة التفرع، في حين أن المادة الرمادية تتكون أساسا من الخلايا العصبية، وكلا النسيجين يشملان عدد من الخلايا الدّبقية (على الرغم من أن المادة البيضاء تحتوي على أكثر منها)، والتي غالبا ما يشار إليها باسم خلايا دعم الجهاز العصبي المركزي. هناك أشكال مختلفة من الخلايا الدبقية ولكل منها وظائف مختلفة، بعضها يتصرف تقريبا كما سقالات للأرومات العصبية لتتسلق خلال تكوين الخلايا العصبية مثل دبقية بيرجمان، في حين أن أشكال أخرى مثل الخلايا الدبقية الصغيرة، والتي هي نوع خاص من البلاعم، تشارك في نظام المناعة في الدماغ وكذلك تخليص أنسجة المخ من نواتج الأيض المختلفة، ويمكن أن تشارك الخلايا النجمية في كل من إزالة نواتج الأيض ونقل الوقود والمواد المفيدة المختلفة للخلايا العصبية من الشعيرات الدموية في الدماغ، وخلال إصابة الجهاز العصبي المركزي، فإن الخلايا النجمية سوف تتكاثر، مما يتسبب في الدباق (شكل من أشكال ندب النسيج العصبي)، وبالتالي إلى نقص في الخلايا العصبية الوظيفية.
الدماغ (المخ وكذلك الدماغ المتوسط والدماغ المؤخر) يتكون من القشرة، الَتِي تتكون من الخلايا العصبية -أجسام الخلايا تشكل المادة الرمادية- بينما داخليا هناك مادة بيضاء أكثر والتي تشكل المسارات والأصورة، وبصرف النظر عن المادة الرمادية القشرية، فهناك أيضاً المادة الرمادية تحت القشرية التي تتكون من عدد كبيرمن نوى مختلفة.

الحبل الشوكي

يوجد بروزات للجهاز العصبي المحيطي من وإلى الحبل الشوكي على شكل الأعصاب في العمود الفقري (وأحيانا الأعصاب القطعية )، وهذه الأعصاب تربط الحبل الشوكي مع الجلد والمفاصل والعضلات وغيرها، وتسمح بنقل الصادرات الحركية وكذلك واردات الإشارات الحسية والمحفزات،  وهذا يسمح للحركات الطوعية وغير الطوعية للعضلات، فضلا عن تصور الحواس. يوجد 31 عصب شوكي يبرز من جذع الدماغ،  بعضها تشكل ضفيرة لتفرعها، مثل الضفيرة العضدية، والضفيرة العجزية إلخ،  وكل عصب شوكي يحمل الإشارات الحسية والحركية على حد سواء، ولكن الأعصاب تشبك في مناطق مختلفة من الحبل الشوكي، سواء من الأطراف إلى الخلايا العصبية الحسية التي تنقل المعلومات إلى الجهاز العصبي المركزي أو من الجهاز العصبي المركزي إلى الخلايا العصبية الحركية، التي تنقل المعلومات إلى الأطراف.
الحبل الشوكي ينقل المعلومات إلى الدماغ من خلال مسارات العمود الفقري من خلال "المسار المشترك النهائي"  إلى المهاد، وفي نهاية المطاف إلى القشرة، ولا يتم ترحيل كافة المعلومات إلى القشرة المخية، ولا تصل إلى وعينا على الفور، ولكن بدلا من ذلك فإنها تنقل فقط إلى المهاد الذي يفرزها ويتكيف وفقا لذلك؛ وهذا بدوره قد يفسر لماذا لا يوجد لنا إدراك مستمر لجميع جوانب محيطنا.

الأعصاب الدماغية

بصرف النظر عن الحبل الشوكي، هناك أيضا الأعصاب الطرفية من الجهاز العصبي المحيطي التي تشبك من خلال وسطاء أو العقد مباشرة إلى الجهاز العصبي المركزي، ويوجد الإثني عشر عصباً في منطقة الرأس والرقبة وتسمى الأعصاب القحفية أو الدماغية. هذه الأعصاب القحفية تجلب المعلومات إلى الجهاز العصبي المركزي من وإلى الوجه، وكذلك لعضلات معينة (مثل العضلات شبه المنحرفة، التي يزودها العصب الشوكي الإضافي
وكذلك بعض الأعصاب الشوكية العنقية في العمود الفقري).
زوجين من الأعصاب القحفية هما العصب الشمي والعصب البصري  غالبا ما يعتبران من الجهاز العصبي المركزي؛ وذلك لأنهما لا يشبكان أولاً على العقد الطرفية، ولكن مباشرة على الخلايا العصبية للجهاز العصبي المركزي. ويعتبر نسيج الظهارة الشمية مميزاً في أنه يتكون من النسيج العصبي المركزي و يكون في اتصال مباشر مع البيئة، وهَذَا يسمح بإعطاء بعض الأدوية والعقاقير.

الدماغ

إلى الأعلى من الحبل الشوكي يقع الدماغ،  والذي يشكل الجزء الأكبر من الجهاز العصبي المركزي، وغالبا ما يكون الهيكل الرئيسي المشار إليه عند الحديث عن الجهاز العصبي، ويعتبرالدماغ الوحدة الوظيفية الرئيسية في الجهاز العصبي المركزي، وفي حين أن الحبل الشوكي لديه قدرات معالجة معينة مثل تحريك العمود الفقري ومعالجة ردود الفعل، فالدماغ هو وحدة المعالجة الرئيسية للجهاز العصبي.

جذع الدماغ

يتكون الدماغ من النخاع والجسر والدماغ المتوسط، ويمكن الإشارة إلى النخاع كامتداد للنخاع الشوكي، كما أن تنظيمه وخصائصه الوظيفية مماثلة لتلك الخاصة بالحبل ألشوكي، 
كما أن المسارات التي تمر من الحبل الشوكي إلى الدماغ تعبر من خلاله.
وتشمل المهام التنظيمية لنوى النخاع السيطرة على ضغط الدم والتنفس، وتشارك النوى الأخرى في التوازن، والذوق والسمع والسيطرة على عضلات الوجه والرقبة.
الجزء التالي هو الجسر الذي يقع على الجانب الأمامي البطني من الدماغ، وتشمل نوى الجسر نوى جسري التي تعمل مع المخيخ وتنقل المعلومات بين المخيخ والقشرة المخية، 
وخلفياً في ظهري الجسر تكمن نوى لها علاقة مع التنفس والنوم والذوق.
الدماغ المتوسط يقع فوق الجسر، ويشمل نوى تربط أجزاء متفرقة من الجهاز الحركي، من بين أمور أخرى مثل المخيخ، والعقد القاعدية وكل من نصفي الكرة المخية، وبالإضافة إلى ذلك توجد أجزاء من أنظمة البصر والسمع في الدماغ المتوسّط، بما في ذلك السيطرة على حركات العين التلقائية.
جذع الدماغ ككل يوفر الدخول والخروج إلى الدماغ لعدد من مسارات الحركة والسيطرة اللاإرادية للوجه والرقبة من خلال الأعصاب القحفية، 
كما أن التحكم اللاإرادي في الأعضاء يتم بواسطته من قبل العصب القحفي العاشر (العصب الحائر). جزء كبير من الدماغ يشارك في مثل هذه السيطرة اللاإرادية على الجسم، وهذه الوظائف قد تتضمن القلب والأوعية الدموية، والحدقة، وغيرها.
كما أن الدماغ يتبع تشكيل شبكي، أي أن مجموعة من نوى تكون معنية في كل من الإثارة واليقظة.

المخيخ

المخيخ يقع وراء الجسر، ويتكون من عدة شقوق تقسيم وفصوص، وتشمل وظائفه السيطرة على وضعية الجسد، وتنسيق حركات أجزاء الجسم، بما في ذلك العينين والرأس وكذلك الأطراف، وعلاوة على ذلك فإنه يشارك في الحركة التي تم تعلمها وإتقانها مع الممارسة، كما أنه قادر على التكيف في تعلم حركات جديدة،  وعلى الرغم من التصانيف السابقة بوصفه بنية للحركة، فإن المخيخ يشمل أيضا وصلات إلى مناطق القشرة المخية تشارك في اللغة وكذلك وظائف معرفية، وقد تبين أن هذه الاتصالات تم كشفها عن طريق استخدام تقنيات التصوير الطبي، مثل: التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي والتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني.
جسم المخيخ يحمل المزيد من الخلايا العصبية أكثر من أي بنية أخرى من الدماغ بما في ذلك المخ أكبر (أو نصفي الكرة المخية)،  كما يعالج المحفزات الحسية، والمعلومات الحركية وكذلك معلومات التوازن من الجهاز الدهليزي.

الدماغ البيني

الجزآن الجديران بالذكر من الدماغ البيني هما المهاد وتحت المهاد، ويعمل المهاد على الربط بين المسارات الواردة من الجهاز العصبي المحيطي وكذلك العصب البصري (على الرغم من أنه لا يتلقى مدخلات من العصب الشمي) لنصفي الكرة المخية. في السابق كان يعتبر مجرد "محطة للتقوية"، ولكن تبين أنه يشارك في فرز المعلومات التي ستصل نصفي الكرة المخية (القشرة المخية الحديثة).
وبصرف النظر عن وظيفتها في فرز المعلومات من المحيط، فالمهاد أيضا يربط بين المخيخ والعقد القاعدية مع المخ، ومن القواسم المشتركة مع النظام الشبكي المذكور سابقاً؛ مشاركة المهاد في اليقظة والوعي، مثل النواة فوق التصالبية.
ما تحت المهاد يشارك في وظائف لعدد من العواطف البدائية أو المشاعر مثل الجوع، والعطش، وارتباط الأم(رابطة الأمومة)، وينظم هذا جزئيا من خلال السيطرة على إفراز الهرمونات من الغدة النخامية، وإيضاً ما تحت المهاد تلعب دورا في التحفيز والعديد من السلوكيات الأخرى للفرد.

المخ

المخ بنصفي الكرة المخية يشكل الجزء الأكبر من الدماغ البشري. العديد من الأجزاء تشكل نصفي الكرة المخية، من بين أمور أخرى، القشرة، والعقد القاعدية، واللوزة و الحُصَين، ونصفي الدماغ مع بعضهما يسيطران على جزء كبير من وظائف الدماغ البشري مثل العاطفة والذاكرة والإدراك ووظائف الحركة، وبصرف النظر عن ذلك؛ فإن نصفي الكرة المخية مسؤولان عن القدرات المعرفية للدماغ.
يربط بين كل من نصفي الدماغ الجسم الثفني فضلا عن العديد من الأصورة الإضافية. واحد من أهم أجزاء نصفي الكرة المخية هي القشرة، والتي تتكون من المادة الرمادية التي تغطي سطح الدماغ، وتشارك القشرة وظيفياً في التخطيط وتنفيذ المهام اليومية.
ويشارك الحصين في تخزين الذكريات، واللوزة المخية تلعب دورا في التصور والعاطفة، في حين أن العقد القاعدية تلعب دورا رئيسيا في تنسيق الحركات الإرادية.

الفرق بين الجهاز العصبي المركزي والمحيطي

ما يميز الجهاز العصبي المركزي عن الجهاز العصبي المحيطي (والذي يتألف من الخلايا العصبية)، محاور عصبية وخلايا شوان. الخلايا قليلة التغصن وخلايا شوان لها وظائف مماثلة في الجهاز العصبي المركزي والمحيطي، وكلا الجهازين يعملان على إضافة الأغماد المايلينية إلى محاور، والذي يعمل بمثابة شكل من أشكال العزل والسماح لانتشار أفضل وأسرع للإشارات الكهربائية على طول الأعصاب، كما أن المحاور في الجهاز العصبي المركزي غالباً ما تكون قصيرة جدا (بالكاد بضعة ملليمترات) ولا تحتاج إلى نفس الدرجة من العزلة كما في الأعصاب الطرفية، حيث يمكن لبعض الأعصاب الطرفية أن تكون أكثر من 1م في الطول؛ مثل الأعصاب إلى إصبع القدم الكبير، ولضمان إشارات تتحرك بسرعة كافية، فهناك حاجة للميالين.
تختلف الطريقة التي يتغمد بها الميالين خلايا شوان والخلايا قليلة التغصن، خلية شوان عادة يتكون فيها الميالين على محور عصبي واحد وتحيط به تماما، وفي بعض الأحيان قد يتكون الميالين على العديد من المحاور، خاصة عندما تكون في مجالات محاور قصيرة،  أما الخلايا قليلة التغصن فعادة يتكون فيها الميالين على عدة محاور، ويتم ذلك عن طريق إرسال بروزات رقيقة من غشاء الخلية والتي تغلف وتحيط المحور العصبي.

التطور

بلانارينس هي عضو من الديدان المسطحة (الديدان المفلطحة)، لديها أبسط ترسيم واضح المعالم للنظام العصبي في الجهاز العصبي المركزي والجهاز العصبي المحيطي. تلك العقول البدائية، التي تتألف من اثنين من العقد الأمامية المندمجة، والحبال العصبية الطولية تشكل الجهاز العصبي المركزي، أما الأعصاب البارزة أفقيا فإنها تشكل الجهاز العصبي المحيطي، ووجدت الدراسة الجزيئية أن أكثر من 95٪ من 116 جين مسؤول عن الجهاز العصبي للبلانارينس، والذي يتضمن الجينات المتعلقة بالجهاز العصبي المركزي، موجودة أيضا في البشر،  ومثل البلانارينس، فإن الفقاريات لديها جهاز عصبي مركزي ومحيطي متميزين، على الرغم من أنهما أكثر تعقيدا من تلك التي للبلانارينس.
الجهاز العصبي المركزي في الحبليات يختلف عن ذلك الَذِي للحيوانات الأخرى في وضعه ظهريا في الجسم، وفوق القناة الهضمية والحبل الظهري أو العمود الفقري. والنمط الأساسي للجهاز العصبي المركزي محفوظ جداً في جميع الأنواع المختلفة من الفقاريات وفي أثناء التطورأيضاً. الاتجاه الرئيسي الذي يمكن ملاحظته هو نحو دماغ انتهائي تقدمي: الدماغ الانتهائي في الزواحف ليس سوى ملحق للأبصلة الشمية الكبيرة، في حين أنه في الثدييات يشكل معظم حجم الجهاز العصبي المَركزي، أما في الدماغ البشري، فإن الدماغ الانتهائي يغطي معظم الدماغ البيني والدماغ المتوسط، وفي الواقع؛ فإن دراسة مغايرة نسبياً لحجم
الدماغ بين الأنواع المختلفة أظهرت انتقال نوعي مدهش من الجرذان إلى الحيتان، 
وهذا يسمح لنا بإكمال المعرفة حول تطور الجهاز العصبي المركزي التي تم 
الحصول عليها من خلال القوالب الداخلية للجمجمة.
الثدييات - التي تظهر في السجل الأحفوري بعد أول الأسماك والبرمائيات والزواحف - هي الفقاريات الوحيدة التي تملك الجزء الخارجي الآخر تطوراً من قشرة الدماغ والذي يعرف باسم القشرة المخية الحديثة،  والقشرة المخية الحديثة من وَحيدُ المَسْلَك (خلد الماء وعدة أنواع من الآكلات الشوكية للنمل) والجرابيات (مثل حيوان الكنغر، الكوالا، الأبوسوم، الدببة الأسترالية، وشياطين تسمانيا) تفتقر إلى التلافيف التي وجدت في القشرة المخية الحديثة لمعظم الثدييات المشيمية،  وضمن الثدييات المشيمية، يزداد حجم وتعقيد القشرة المخية الحديثة مع مرور الوقت. منطقة القشرة المخية الحديثة في الفئران ليست سوى حوالي 1/100 من تلك التي للقرود التي ليست سوى حوالي 1/10 من تلك لدى البشر،  وبالإضافة إلى ذلك، تفتقر الفئران إلى تلافيف في القشرة المخية الحديثة الخاصة بهم (ربما لأن الفئران هي ثدييات صغيرة)، في حين أن القطط لديها درجة معتدلة من تلافيف، أما البشر فلديهم تلافيف واسعة جدا،  وقد تم العثور على التواء شديد في القشرة المخية الحديثة في الدلافين، والذي قد يكون مرتبطا بالتحديد المعقد للموقع بالصدى.

الأمراض

هناك العديد من الأمراض التي تصيب الجهاز العصبي المركزي، بما في ذلك التهابات الجهاز العصبي المركزي مثل التهاب الدماغ وشلل الأطفال، واضطرابات عصبية مبكرة الظهور بما في ذلك اضْطِرابُ نَقْصِ الآنْتِباهِ مَعَ فَرْطِ النَّشَاط والتوحد، وأمراض الاعصاب متأخرة الظهور مثل مرض الزهايمر ومرض باركنسون، والهزة الأساسية، وأمراض المناعة الذاتية والالتهابية مثل التصلب المتعدد والتهاب الدماغ والنخاع الحاد المنتشر، والاضطرابات الوراثية مثل مرض كراب ومرض هنتنغتون، فضلا عن التصلب الجانبي الضموري وحَثَلُ الكُظْر وبَيْضَاءِ الدِّمَاغ. وأخيرا، فيمكن لسرطانات الجهاز العصبي المركزي التسبب بمرض شديد، وعندما يكون السرطان خبيثا، فيمكن أن يكون لها معدلات وفيات عالية جدا.
توصي المنظمات المهنية المتخصصة بأن التصوير العصبي للدماغ يجب أن يتم فقط للإجابة على سؤال سريري مُحدد وليس للفحص الروتيني.

الحاجات الأيضية للنسيج العصبي

يحتاج النسيج العصبي إلى كمية وافرة من الغلوكوز والأكسجين، وذلك لأن الدماغ يحتاجها في تصنيع ثلاثي فوسفات الأدينوسين (ثلاثي فوسفات الأدينوسين) لنقل الأيونات والنواقل العصبية، من أجل ذلك فإن 15% من الدم الذي يضخه القلب يذهب للدماغ، ولذلك فإن أي مشكلة في القلب قد تؤدي إلى ضرر في الدماغ. كما أنه يُتَوَقَّع أن نصف غلوكوز الدم يذهب للدماغ؛ ولذلك فإن الجسم يعمل في سبيل توفير هذه الكمية للدماغ وفي نفس الوقت يُبقي كمية الغلوكوز ثابتة في الدم، وأي خلل في هذه الكمية سيؤدي حالة تُعرف بـهبوط سكر الدم والتي قد تقود إلى فقدان الوعي، ومن ثم الوفاة.