اثر شگفت انگیز دمای مغز بر فعالیت عصبی

به گزارش روابط پایگاه اطلاع رسانی علوم آزمایشگاهی ایران، برخی از قسمت های عمقی مغز می توانند تا ۴۰ درجه سانتی گراد (۱۰۴ درجه فارنهایت) گرم شوند و اگرچه این میزان بر اساس جنسیت، زمان روز و عوامل مختلف دیگر می تواند متفاوت باشد، اما باز این میزان از میانگین دمای بدن انسان که معمولاً زیر ۳۷ درجه سانتیگراد (۹۸.۶ درجه فارنهایت) است، بالاتر می باشد.
ژول در سال ۱۸۴۰ کشف کرد که اثرات حرارتی مقادیر مساوی الکتریسیته ارسالی متناسب با مقاومت های مخالف عبور آن است. گرمایش ژول تابعی از اصطکاک جریان بار در یک هادی است و تولید گرمای مقاومتی مستقل از ذخیره انرژی در خازن یا عناصر مدار القایی است.

در نتیجه، تمام تحریکات سیستم عصبی باعث تولید گرما در اجزای الکتریکی و هادی های عصبی که جریان الکتریکی از طریق آنها جریان می یابد، می شود. اثرات تحریک عصبی معمولا به جریان های الکتریکی القایی و گرادیان ها مربوط می شود تا اثرات حرارتی. با این حال، اثرات حرارتی تحریک همیشه وجود دارد.

تابستان گذشته، آتش سوزی های ویرانگر در سراسر سیبری، آلاسکا و مناطق یخ زده کانادا بیداد کرد. آنها تا حدودی ناشی از افزایش دمای جهانی هستند که توانایی باکتری ها را برای متابولیسم مواد گیاهی و حیوانی در خاک تسریع می کند.

این شرایط محیطی یک اصل اساسی فیزیک را نشان می دهد: دما یک عامل کلیدی در واکنش های شیمیایی است. تغییرات کوچک(حتی در دمای زیر صفر) می تواند اثرات فاجعه باری داشته باشد.

محققان کشف کرده اند که فیزیک این پدیده محیطی با فعالیت مغز نیز مرتبط است. آنها همچنین دریافتند که حتی افزایش جزئی دما در حین تحریک مغز می تواند عمیقاً فعالیت مغز را با پیامدهای منفی تغییر دهد.

محققان به همین دلیل تصمیم گرفتند تا اصول فیزیک را در فرآیندهای بیولوژیکی در مغز اعمال کنند.

تمام اشکال تحریک الکتریکی و مغناطیسی مغز انرژی گرمایی را در آنجا ذخیره می کنند زیرا فعالیت در سیمها باعث تولید گرما می شود. به گفته محققان، تغییرات دمایی در مغز باید توسط دستگاه های تحریک الکتریکی مغز مانند تحریک عمیق مغز، که در بیماران مبتلا به صرع و بیماری پارکینسون استفاده می شود، ایجاد شود.

شلیک نورون ها نیز تحت تأثیر تغییرات دما در مغز قرار می گیرد. پمپ های مولکولی غشای سلول های عصبی را می پوشانند و آن ها را با انرژی آزاد شده در طول فعالیت مغز شارژ الکتریکی می کنند. محققان نشان دادند که اگر سلول ها سریع تر از حدی که بارها می توانند گرم شوند، گرم بشوند ممکن است فعالیت عصبی کمتر یا بیشتر از حد معمول ایجاد کنند. حتی تغییرات جزئی دما ناشی از تحریک الکتریکی مغز(کمتر از یک درجه سانتی گراد) می تواند باعث تغییرات قابل توجهی در فعالیت عصبی شود. نورون ها می توانند با گرم شدن خاموش شوند. اگر به آنها اجازه دهید تا در دمای متوسط خود خنک شوند، می توانند بسیار تحریک شوند.

دکتر «استیون شیف»، جراح مغز و اعصاب در دانشکده پزشکی ییل و نویسنده اصلی این مطالعه، گفت: دیدن این اثرات چشمگیر بر فعالیت مغز ناشی از تغییرات جزئی دما به این معنی است که اکنون باید چنین تغییرات دمایی کوچکی را در نظر بگیریم. مدت ها پیش، فیزیکدان «جیمز ژول» به ما آموخت که هیچ راهی برای حل این مشکل وجود ندارد. وقتی جریان الکتریکی از سیم های رسانای کوچک عبور می کند تا میدان های الکتریکی یا مغناطیسی برای تحریک مغز ایجاد شود، گرما هم در سیم ها و هم در مغز رسانا تولید می شود.

دکتر «ویلیام استیسی» استادیار علوم اعصاب و مهندسی زیست پزشکی در دانشگاه میشیگان، گفت: این مقاله یک تور واقعی از ترکیب مدل های مختلف رفتار فیزیکی برای بررسی مجدد برخی استانداردهای قدیمی است.ترکیب مدل سازی با آزمایش های هوشمندانه، نتیجه بسیار جالب و غیرمنتظره ای را ارائه کرد که گرما ممکن است شلیک عصبی را سرکوب کند. این مدل همچنین می تواند روش های جدیدی را برای دستکاری فعالیت عصبی ارائه دهد.