تغییرات دما در مغز، بر فعالیت عصبی تاثیر می گذارد.
20 فوریه 2023
تاثیر درجه حرارت بر عملکرد مغز و رشد و تکثیر سلول های مغز چگونه است؟( قسمت دهم)
خلاصه: افزایش اندک دما، در زمانی که تحریک مغز فعالیت مغز را تغییر دهد، گاهی با عواقب منفی همراه است.
منبع: دانشگاه ییل
تابستان گذشته، آتش سوزی های ویرانگر در مناطق یخ زده ی سیبری، آلاسکا و کانادا بیداد کرد و تا حدودی ناشی از افزایش دمای جهانی بودند که توانایی باکتریهای موجود در خاک را برای متابولیسم مواد گیاهی و حیوانی تسریع میکرد.
این پدیده های زیست محیطی، یک اصل اساسی فیزیک را نشان دادند: دما یکی از اجزای اصلی یک واکنش شیمیایی است و حتی تغییرات به ظاهر کوچک، می تواند منجر به اثرات فاجعه آمیز شود.
باتلاق ذغال سنگ سیبری را- سریعتر از آن که بتواند کربن را در اتمسفر آزاد کند- گرم کنید در این صورت حتی در دماهای زیر صفر، آتش سوزی خواهید داشت!
اکنون محققان می دانند که فیزیک موجود پشت این پدیده محیطی، در مورد فعالیت مغز نیز صدق می کند. در مقاله ای- که در مجله مهندسی عصبی منتشر شده است-
استیون شیف معاون بهداشت جهانی در جراحی مغز و اعصاب در دانشکده پزشکی ییل و متخصص در مهندسی و جراحی مغز و اعصاب که به او پیش زمینه ای برای به کار بردن اصول فیزیک در فرآیندهای بیولوژیکی مغز می دهد- پژوهشگر اصلی مقاله است.
چون فعالیت در سیم ها گرما تولید می کند، تمام تحریکات الکتریکی و مغناطیسی مغز، باعث رسوب انرژی گرمایی در مغز میشود. شیف و همکارانش این نظریه را مطرح کردند که دستگاههای تحریککننده الکتریکی مغز، مانند تحریک عمیق مغز- که در بیماران مبتلا به صرع و پارکینسون استفاده میشود- منجر به تغییرات دما در مغز می شود.
تغییرات درجه حرارت در مغز همچنین
بر فعالیت نورون ها تاثیر میگذارد. پوشش نورون ها در مغز،
پمپ های مولکولی است و از نظر الکتریکی سلول ها را با انرژی
ای شارژ میکند که آنها طی فعالیت مغزی آزاد میکنند.
پژوهشگران توانسته اند تایید کنند اگر سلولها سریعتر از مقداری که شارژها میتواند سازگار شوند، گرم شوند ممکن است فعالیت عصبی بیشتر یا کمتر از معمول ایجاد کند.
تغییرات جزئی دما به دلیل تحریک الکتریکی مغز حتی کمتر از 1 درجه ی سانتی گراد، می تواند منجر به تغییرات اساسی در فعالیت عصبی شود.
با گرم شدن، نورون ها می توانند ساکت شوند.
اجازه دهید تا به دمای معمولی خود برگردند و در این صورت نورون ها می توانند بسیار هیجان انگیز شوند!
شیف، نویسنده ی ارشد این مطالعه، میگوید: «دیدن این تأثیرات شگرف بر فعالیت مغز ناشی از تغییرات جزئی دما، به این معنی است که اکنون باید چنین تغییرات دمایی کوچکی را در نظر بگیریم.
فیزیکدان جیمز جولی مدتها قبل به ما یاد داد راهی در مورد این مساله وجود ندارد. اگر تو جریان الکتریکی را از طریق کابل های هدایتی کوچکی منتقل کنی تا میدان های الکتریکی یا مغناطیسی برای تحریک مغز ایجاد کنی، هم در هدایت کننده ها و هم در مغز حرارت ایجاد میکنی. این مقاله، در دسامبر 2022، در جلسه انجمن صرع آمریکا در واشنگتن دی سی ارائه شد که با علاقه زیادی مورد استقبال قرار گرفت.
اینکه تغییرات حرارتی چگونه بر بیمار تاثیر میگذارد و اینکه چگونه این بیماران میتوانند از این تغییرات، استفاده کنند مورد بررسی است.
در زمینه ی بالینی، جراحان قبلا مشاهده کرده اند که عارضه ی اصلی کاشت تحریک کننده های مغز، این است که فعالیت مغز تحریک شده معمولا با تحریک الکتریکی و مغناطیسی کاهش می یابد.
اکنون محققان می دانند که فیزیک پشت این پدیده ی محیطی، در مورد فعالیت مغز نیز صدق می کند.
این مقاله به
علت مهم این پدیده اشاره میکند. اگر درست باشد دکتر شیف میگوید این یافته
میتواند به پزشکان کمک کند استفاده از این دستگاه ها را دقیق تر کالیبره کنند.
ویلیام استیسی، MD، Ph.D.، دانشیار دپارتمان علوم اعصاب و مهندسی زیست پزشکی در دانشگاه ییل، می گوید: «این مقاله یک تور واقعی از ترکیب مدل های مختلف رفتار فیزیکی برای بررسی مجدد برخی «استانداردهای قدیمی» است.
ترکیب مدل سازی با آزمون های تجربی، نتایج قابل توجه و مهمی داشته است. حرارت ممکن است فعالیت نورون ها را مهار کند.
شاید این مدل همچنین
برخی روشهای ابداعگرانه را برای پردازش فعالیت عصبی مهیا کند.
دانیل گولدنهولمز Ph.D.، استادیار صرع در هاروارد، و نویسنده ی مقاله اخیر در مورد اینکه چرا خنک کننده کانونی برای آینده درمان صرع کانونی مهم است، نتایج را نیز مهم دانست.
او میگوید: من فکر میکنم کار دکتر شیف و همکارانش اهمیت زیاد تغییرات دما در بافت مغز را برجسته میکند و احتمالاً در درمانهای صرع- که ممکن است شامل خنکسازی کانونی باشد- مرتبط باشد. اگر میخواهیم درمانهایمان دقیقتر شوند، باید این نوسانات را بهتر درک کرد و در نظر گرفت.
تمام تحریکات الکتریکی و مغناطیسی مغز، انرژی حرارتی را در مغز رسوب می دهد. این امر از طریق گرم کردن هادی هایی که جریان را از طریق الکترودها و سیم پیچ های مغناطیسی حمل می کنند یا از طریق اتلاف انرژی در مغز رخ می دهد.
اگرچه تعامل الکتریکی با بافت مغز در هنگام استفاده از الکترودها از اثرات حرارتی، جدایی ناپذیر است، اما القای مغناطیسی، ما را قادر می کند گرمایش را از اثرات القایی متضاد AC و DC سیم پیچ های مغناطیسی با استفاده از رسوب انرژی یکسان در هادی ها جدا کنیم. از آنجا که نورونهای قشر مغز پستانداران، حساسیت شناختهشدهای به میدانهای مغناطیسی ساکن ندارند، اگر شواهدی دال بر تأثیر بر زمانبندی نوسانات میدانهای مغناطیسی نوسانی وجود نداشته باشد، میتوان فرض کرد که جریانهای الکتریکی القایی در مغز،
کمتر از ضربه و شلوغی(نویز شات) مولکولی است که در آن برهمکنشی با بافت کاملاً حرارتی است.(یعنی تاثیر حرارتی ناشی از امواج القایی به مغز، بیشتر از خود این امواج بر عملکرد سلولهای عصبی موثر است!)
رویکرد در این مطالعه: ما طیف وسیعی از فرکانسهای تولید شده از سیمپیچهای میکرومغناطیسی را که زیر آستانه ی نویز شات مولکولی برای برهمکنش الکتریکی با تکنرونها کار میکنند، بررسی کردیم.
نتایج اصلی.
دریافتیم که افزایش و کاهش دما حتی در حد 1∘ C باعث سرکوب گذرا و یا تحریک نورونها در طول تغییر دما میشود. مدلسازی عددی بیوفیزیک نشان داد که پمپ Na-K و تا حدی پتانسیل Nernst میتواند این اثرات گذرا را توضیح دهد. چنین اثراتی به شار یونی قطعه ای و سرعت تغییر دما بستگی دارد.
اهمیت:
این مطالعات تجربی و تئوریک، نشان میدهد تحریک مغز تاثیرات اندک حرارتی دارد و این حالت، معمولا در تحریک الکتریک و مغناطیسی وجود دارد. مطالعات دقیقتر در مورد تاثیر حرارت بر سلولهای مغزی در آینده، به درک بیشتر کمک خواهد کرد. https://neurosciencenews.com/temperature-changes-brain-22534/?fbclid=IwAR3TIRH3GgPEEV_R73nFss1H_00cNVmgOD0eSukMxHDpTXGqmdDZbSPn_fY
آدرس مطب : اصفهان ، خیابان آمادگاه ، روبروی داروخانه سپاهان ، مجتمع اطبا ، طبقه اول
تلفن : 32223328 - 031