તમે જાણો છો કે, શરીરમાં અંગો/અંગ તંત્રોનાં કાર્યો સંકલિત હોવા જોઈએ જેથી શરીરની સમસ્થિતિ જળવાઈ રહે. સંકલન એ એવી પ્રક્રિયા છે જેના દ્વારા બે અથવા વધુ અંગો એકબીજા સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે અને એકબીજાનાં કાર્યોને પૂરક બનાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, જ્યારે આપણે શારીરિક કસરત કરીએ છીએ, ત્યારે વધેલી સ્નાયુ પ્રવૃત્તિ જાળવવા માટે ઊર્જાની માંગ વધી જાય છે. ઓક્સિજનનો પુરવઠો પણ વધે છે. ઓક્સિજનના વધેલા પુરવઠાને કારણે શ્વસન દર, હૃદય સ્પંદન અને રક્તવાહિનીઓ દ્વારા રક્ત પ્રવાહમાં વધારો કરવો જરૂરી બને છે. જ્યારે શારીરિક કસરત બંધ કરવામાં આવે છે, ત્યારે ચેતાઓ, ફેફસાં, હૃદય અને મૂત્રપિંડની પ્રવૃત્તિઓ ધીમે ધીમે તેમની સામાન્ય સ્થિતિમાં પાછી આવે છે. આમ, શારીરિક કસરત કરતી વખતે સ્નાયુઓ, ફેફસાં, હૃદય, રક્તવાહિનીઓ, મૂત્રપિંડ અને અન્ય અંગોનાં કાર્યો સંકલિત થાય છે. આપણા શરીરમાં તંત્રિકા તંત્ર અને અંતઃસ્ત્રાવી તંત્ર સંયુક્ત રીતે અંગોની તમામ પ્રવૃત્તિઓનું સંકલન અને સંવાદિતા કરે છે જેથી તેઓ સુસંગત રીતે કાર્ય કરે.

તંત્રિકા તંત્ર ઝડપી સંકલન માટે બિંદુ-થી-બિંદુ જોડાણોનું સંગઠિત નેટવર્ક પૂરું પાડે છે. અંતઃસ્ત્રાવી તંત્ર હોર્મોન્સ દ્વારા રાસાયણિક સંકલન પૂરું પાડે છે. આ અધ્યાયમાં, તમે માનવનાં તંત્રિકા તંત્ર, તંત્રિકીય સંકલનનાં પદ્ધતિઓ જેવી કે ચેતા આવેગનું સંવહન, સાયનેપ્સ દ્વારા આવેગ વહન અને પ્રતિવર્તી ક્રિયાની શારીરિકી વિશે જાણશો.

21.1 તંત્રિકા તંત્ર

તમામ પ્રાણીઓનું તંત્રિકા તંત્ર ખૂબ જ વિશિષ્ટ કોષોનું બનેલું હોય છે જેને ન્યુરોન કહેવામાં આવે છે, જે વિવિધ પ્રકારનાં ઉદ્દીપકોને શોધી શકે છે, ગ્રહણ કરી શકે છે અને પ્રસારિત કરી શકે છે.

નીચલા અકશેરુકીઓમાં તંત્રિકીય સંગઠન ખૂબ જ સરળ હોય છે. ઉદાહરણ તરીકે, હાઈડ્રામાં તે ન્યુરોન્સના નેટવર્કનું બનેલું હોય છે. કીટકોમાં તંત્રિકા તંત્ર વધુ સારી રીતે સંગઠિત હોય છે, જ્યાં મગજ સાથે સાથે અનેક ગેંગલિયા અને તંત્રિકીય પેશીઓ હાજર હોય છે. કરોડરજ્જુધારીઓમાં વધુ વિકસિત તંત્રિકા તંત્ર હોય છે.

21.2 માનવ તંત્રિકા તંત્ર

માનવ તંત્રિકા તંત્રને બે ભાગોમાં વહેંચવામાં આવ્યું છે:

(i) કેન્દ્રીય તંત્રિકા તંત્ર (CNS)

(ii) પરિધીય તંત્રિકા તંત્ર (PNS)

CNSમાં મગજ અને મેરૂદંડનો સમાવેશ થાય છે અને તે માહિતી પ્રક્રિયા અને નિયંત્રણનું સ્થાન છે. PNSમાં શરીરની તમામ ચેતાઓનો સમાવેશ થાય છે જે CNS (મગજ અને મેરૂદંડ) સાથે સંકળાયેલી હોય છે. PNSનાં ચેતા તંતુઓ બે પ્રકારની હોય છે:

(a) આવક તંતુઓ

(b) નિર્ગમન તંતુઓ

આવક ચેતા તંતુઓ પેશીઓ/અંગોમાંથી CNS તરફ આવેગોનું સંવહન કરે છે અને નિર્ગમન તંતુઓ CNSમાંથી સંબંધિત પરિધીય પેશીઓ/અંગો તરફ નિયામક આવેગોનું સંવહન કરે છે.

PNSને બે વિભાગોમાં વહેંચવામાં આવ્યું છે જેને દૈહિક તંત્રિકા તંત્ર અને સ્વયંચાલિત તંત્રિકા તંત્ર કહેવામાં આવે છે. દૈહિક તંત્રિકા તંત્ર CNSમાંથી કંકાલ સ્નાયુઓ તરફ આવેગોનું પ્રસારણ કરે છે જ્યારે સ્વયંચાલિત તંત્રિકા તંત્ર CNSમાંથી શરીરના અનૈચ્છિક અંગો અને સરળ સ્નાયુઓ તરફ આવેગોનું સંવહન કરે છે. સ્વયંચાલિત તંત્રિકા તંત્રને આગળ સહાનુભૂતિ તંત્રિકા તંત્ર અને પરાસહાનુભૂતિ તંત્રિકા તંત્રમાં વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે. આંતરિક અંગોનું તંત્રિકા તંત્ર એ પરિધીય તંત્રિકા તંત્રનો ભાગ છે જે ચેતાઓ, તંતુઓ, ગેંગલિયા અને પ્લેક્સસના સંપૂર્ણ સંકુલનો સમાવેશ કરે છે જેના દ્વારા આવેગો કેન્દ્રીય તંત્રિકા તંત્રમાંથી આંતરિક અંગો તરફ અને આંતરિક અંગોમાંથી કેન્દ્રીય તંત્રિકા તંત્ર તરફ પ્રવાસ કરે છે.

21.3 તંત્રિકા તંત્રનો રચનાત્મક અને કાર્યાત્મક એકમ તરીકે ન્યુરોન

ન્યુરોન એ સૂક્ષ્મ રચના છે જે ત્રણ મુખ્ય ભાગોથી બનેલી હોય છે, એટલે કે, કોષકાય, ડેન્ડ્રાઇટ્સ અને એક્સોન (આકૃતિ 21.1). કોષકાયમાં વિશિષ્ટ કોષ અંગિકાઓ અને નિસલના કણો તરીકે ઓળખાતા ચોક્કસ દાણાદાર પદાર્થો સાથે કોષદ્રવ્ય હોય છે. ટૂંકા તંતુઓ જે વારંવાર શાખાઓ પાડે છે અને કોષકાયની બહાર પ્રક્ષેપિત થાય છે તેમાં પણ નિસલના કણો હોય છે અને તેને ડેન્ડ્રાઇટ્સ કહેવામાં આવે છે. આ તંતુઓ કોષકાય તરફ આવેગોનું સંવહન કરે છે. એક્સોન એ એક લાંબો તંતુ છે, જેનો દૂરસ્થ છેડો શાખિત હોય છે. દરેક શાખા સાયનેપ્ટિક નોબ તરીકે ઓળખાતા બલ્બ જેવી રચનામાં સમાપ્ત થાય છે જેમાં ન્યુરોટ્રાન્સમીટર તરીકે ઓળખાતા રસાયણો ધરાવતી સાયનેપ્ટિક પુટિકાઓ હોય છે. એક્સોન ચેતા આવેગોને કોષકાયમાંથી દૂર સાયનેપ્સ અથવા તંત્રિકા-સ્નાયુ સંધિ તરફ પ્રસારિત કરે છે. એક્સોન અને ડેન્ડ્રાઇટ્સની સંખ્યાના આધારે, ન્યુરોન્સને ત્રણ પ્રકારમાં વહેંચવામાં આવ્યા છે, એટલે કે, બહુધ્રુવી (એક એક્સોન અને બે અથવા વધુ ડેન્ડ્રાઇટ્સ સાથે; મગજના કોર્ટેક્સમાં જોવા મળે છે), દ્વિધ્રુવી (એક એક્સોન અને એક ડેન્ડ્રાઇટ સાથે, આંખના રેટિનામાં જોવા મળે છે) અને એકધ્રુવી (માત્ર એક એક્સોન સાથે કોષકાય; સામાન્ય રીતે ભ્રૂણાવસ્થામાં જોવા મળે છે). એક્સોનના બે પ્રકાર છે, એટલે કે, માયલિનેટેડ અને નોનમાયલિનેટેડ. માયલિનેટેડ ચેતા તંતુઓ શ્વાન કોષો દ્વારા આવરિત હોય છે, જે એક્સોનની આસપાસ માયલિન આવરણ રચે છે. બે અડીને આવેલા માયલિન આવરણો વચ્ચેના અંતરને રેન્વિયરના નોડ્સ કહેવામાં આવે છે. માયલિનેટેડ ચેતા તંતુઓ મેરૂદંડીય અને કપાલીય ચેતાઓમાં જોવા મળે છે. નોનમાયલિનેટેડ ચેતા તંતુ એક શ્વાન કોષ દ્વારા આવરિત હોય છે જે એક્સોનની આસપાસ માયલિન આવરણ રચતો નથી, અને તે સામાન્ય રીતે સ્વયંચાલિત અને દૈહિક તંત્રિકા તંત્રોમાં જોવા મળે છે.

આકૃતિ 21.1 ન્યુરોનની રચના

21.3.1 ચેતા આવેગનું ઉત્પાદન અને વહન

ન્યુરોન્સ ઉત્તેજનશીલ કોષો છે કારણ કે તેમના પટલો ધ્રુવીકૃત સ્થિતિમાં હોય છે. શું તમે જાણો છો કે ન્યુરોનનું પટલ ધ્રુવીકૃત કેમ હોય છે? તંત્રિકીય પટલ પર વિવિધ પ્રકારના આયન ચેનલ હાજર હોય છે. આ આયન ચેનલ વિવિધ આયનો માટે પસંદગીપૂર્વક પારગમ્ય હોય છે. જ્યારે ન્યુરોન કોઈપણ આવેગનું વહન કરતું નથી, એટલે કે, વિશ્રામ અવસ્થામાં હોય, ત્યારે એક્સોનલ પટલ પોટેશિયમ આયનો (K+) માટે તુલનાત્મક રીતે વધુ પારગમ્ય હોય છે અને સોડિયમ આયનો (Na+) માટે લગભગ અપારગમ્ય હોય છે. તે જ રીતે, પટલ એક્સોપ્લાઝમમાં હાજર નકારાત્મક વીજભારિત પ્રોટીન માટે અપારગમ્ય હોય છે. પરિણામે, એક્સોનની અંદરનું એક્સોપ્લાઝમ K+ અને નકારાત્મક વીજભારિત પ્રોટીનની ઊંચી સાંદ્રતા અને Na+ની નીચી સાંદ્રતા ધરાવે છે. તેનાથી વિપરીત, એક્સોનની બહારનું પ્રવાહી K+ની નીચી સાંદ્રતા, Na+ની ઊંચી સાંદ્રતા ધરાવે છે અને આમ સાંદ્રતા પ્રવણતા રચે છે. વિશ્રામ પટલ પરના આ આયનિક પ્રવણતા સોડિયમ-પોટેશિયમ પંપ દ્વારા આયનોના સક્રિય પરિવહન દ્વારા જાળવવામાં આવે છે જે 3 Na+ને બહાર તરફ અને 2 K+ને કોષમાં અંદર તરફ પરિવહિત કરે છે. પરિણામે, એક્સોનલ પટલની બાહ્ય સપાટી પર ધન વીજભાર હોય છે જ્યારે તેની આંતરિક સપાટી નકારાત્મક રીતે વીજભારિત બને છે અને તેથી ધ્રુવીકૃત હોય છે. વિશ્રામ પ્લાઝ્મા પટલ પરના વિદ્યુત સ્થિતિમાન તફાવતને વિશ્રામ સ્થિતિમાન કહેવામાં આવે છે.

આકૃતિ 21.2 એક્સોન દ્વારા આવેગ વહનનું રેખાકૃતિ નિરૂપણ (બિંદુ A અને B પર)

તમે ચેતા આવેગના ઉત્પાદન અને તેના એક્સોન સાથે વહનની પદ્ધતિઓ વિશે જાણવા ઉત્સુક હોવા. જ્યારે ધ્રુવીકૃત પટલ પર એક સ્થળે (આકૃતિ 21.2 ઉદા., બિંદુ A) ઉદ્દીપક લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે સ્થળ A પરનું પટલ Na+ માટે મુક્ત રીતે પારગમ્ય બને છે. આ Na+ના ઝડપી પ્રવેશ તરફ દોરી જાય છે અને તે પછી તે સ્થળે ધ્રુવીતાનું વિપર્યય થાય છે, એટલે કે, પટલની બાહ્ય સપાટી નકારાત્મક રીતે વીજભારિત બને છે અને આંતરિક બાજુ ધન વીજભારિત બને છે. આમ, સ્થળ A પર પટલની ધ્રુવીતા વિપરીત થાય છે અને તેથી અધ્રુવીકૃત થાય છે. સ્થળ A પર પ્લાઝ્મા પટલ પરના વિદ્યુત સ્થિતિમાન તફાવતને ક્રિયા સ્થિતિમાન કહેવામાં આવે છે, જે વાસ્તવમાં ચેતા આવેગ તરીકે ઓળખાય છે. તરત જ આગળના સ્થળોએ, એક્સોન (ઉદા., સ્થળ B) પટલની બાહ્ય સપાટી પર ધન વીજભાર અને તેની આંતરિક સપાટી પર નકારાત્મક વીજભાર હોય છે. પરિણામે, સ્થળ A થી સ્થળ B તરફ આંતરિક સપાટી પર પ્રવાહ વહે છે. બાહ્ય સપાટી પર પ્રવાહ સ્થળ B થી સ્થળ A (આકૃતિ 21.2) તરફ પ્રવાહ પરિપથ પૂર્ણ કરવા માટે વહે છે. આથી, સ્થળ B પર ધ્રુવીતા વિપરીત થાય છે, અને સ્થળ B પર ક્રિયા સ્થિતિમાન ઉત્પન્ન થાય છે. આમ, સ્થળ A પર ઉત્પન્ન થયેલો આવેગ (ક્રિયા સ્થિતિમાન) સ્થળ B પર પહોંચે છે. આ ક્રમ એક્સોનની લંબાઈ સાથે પુનરાવર્તિત થાય છે અને પરિણામે આવેગનું વહન થાય છે. ઉદ્દીપક-પ્રેરિત Na+ માટેની પારગમ્યતામાં વધારો અત્યંત ટૂંકા સમયનો હોય છે. તે ઝડપથી K+ માટેની પારગમ્યતામાં વધારા દ્વારા અનુસરવામાં આવે છે. સેકન્ડના અપૂર્ણાંકમાં, K+ પટલની બહાર વિસરણ પામે છે અને ઉત્તેજના સ્થળે પટલનું વિશ્રામ સ્થિતિમાન પુનઃસ્થાપિત કરે છે અને તંતુ ફરીથી વધુ ઉત્તેજના માટે સંવેદનશીલ બને છે.

21.3.2 આવેગોનું સંવહન

ચેતા આવેગ એક ન્યુરોનમાંથી બીજા ન્યુરોનમાં સાયનેપ્સ તરીકે ઓળખાતા સંધિસ્થાનો દ્વારા પ્રસારિત થાય છે. સાયનેપ્સ પૂર્વ-સાયનેપ્ટિક ન્યુરોન અને પોસ્ટ-સાયનેપ્ટિક ન્યુરોનના પટલો દ્વારા રચાય છે, જે સાયનેપ્ટિક ક્લેફ્ટ તરીકે ઓળખાતા અંતર દ્વારા અલગ હોઈ શકે છે અથવા ન પણ હોઈ શકે. બે પ્રકારના સાયનેપ્સ છે, એટલે કે, વિદ્યુતીય સાયનેપ્સ અને રાસાયણિક સાયનેપ્સ. વિદ્યુતીય સાયનેપ્સ પર, પૂર્વ- અને પોસ્ટ-સાયનેપ્ટિક ન્યુરોનના પટલો ખૂબ જ નજીકના સંપર્કમાં હોય છે. વિદ્યુત પ્રવાહ આ સાયનેપ્સ પર સીધો એક ન્યુરોનમાંથી બીજા ન્યુરોનમાં વહી શકે છે. વિદ્યુતીય સાયનેપ્સ પર આવેગનું સંવહન એક એક્સોન સાથે આવેગ વહન જેવું જ હોય છે. વિદ્યુતીય સાયનેપ્સ પર આવેગ સંવહન હંમેશા રાસાયણિક સાયનેપ્સ કરતાં ઝડપી હોય છે. વિદ્યુતીય સાયનેપ્સ આપણા તંત્રમાં દુર્લભ હોય છે.

રાસાયણિક સાયનેપ્સ પર, પૂર્વ- અને પોસ્ટ-સાયનેપ્ટિક ન્યુરોનના પટલો સાયનેપ્ટિક ક્લેફ્ટ તરીકે ઓળખાતા પ્રવાહી-ભરેલા અવકાશ દ્વારા અલગ થયેલા હોય છે (આકૃતિ 21.3). શું તમે જાણો છો કે પૂર્વ-સાયનેપ્ટિક ન્યુરોન સાયનેપ્ટિક ક્લેફ્ટ પર આવેગ (ક્રિયા સ્થિતિમાન)ને પોસ્ટ-સાયનેપ્ટિક ન્યુરોન તરફ કેવી રીતે પ્રસારિત કરે છે? આ સાયનેપ્સ પર આવેગોના સંવહનમાં ન્યુરોટ્રાન્સમીટર તરીકે ઓળખાતા રસાયણો સામેલ હોય છે. એક્સોન ટર્મિનલમાં આ ન્યુરોટ્રાન્સમીટરથી ભરેલી પુટિકાઓ હોય છે. જ્યારે આવેગ (ક્રિયા સ્થિતિમાન) એક્સોન ટર્મિનલ પર પહોંચે છે, ત્યારે તે સાયનેપ્ટિક પુટિકાઓની ગતિને પટલ તરફ ઉત્તેજિત કરે છે જ્યાં તેઓ પ્લાઝ્મા પટલ સાથે સંલયન પામે છે અને સાયનેપ્ટિક ક્લેફ્ટમાં તેમના ન્યુરોટ્રાન્સમીટર મુક્ત કરે છે. મુક્ત થયેલા ન્યુરોટ્રાન્સમીટર પોસ્ટ-સાયનેપ્ટિક પટલ પર હાજર તેમના વિશિષ્ટ રીસેપ્ટર સાથે જોડાય છે. આ જોડાણ આયન ચેનલ ખોલે છે જે આયનોના પ્રવેશને મંજૂરી આપે છે જે પોસ્ટ-સાયનેપ્ટિક ન્યુરોનમાં નવું સ્થિતિમાન ઉત્પન્ન કરી શકે છે. વિકસિત થયેલ નવું સ્થિતિમાન કાં તો ઉત્તેજક અથવા નિષેધક હોઈ શકે છે.

આકૃતિ 21.3 એક્સોન ટર્મિનલ અને સાયનેપ્સ દર્શાવતી રેખાકૃતિ

21.4 કેન્દ્રીય તંત્રિકા તંત્ર

મગજ આપણા શરીરનું કેન્દ્રીય માહિતી પ્રક્રિયા અંગ છે, અને ‘આદેશ અને નિયંત્રણ તંત્ર’ તરીકે કાર્ય કરે છે. તે ઇચ્છિક ગતિઓ, શરીરનું સંતુલન, મહત્વપૂર્ણ અનૈચ્છિક અંગો (ઉદા., ફેફસાં, હૃદય, મૂત્રપિંડ, વગેરે)નાં કાર્ય, ઉષ્માનિયમન, ભૂખ અને તરસ, આપણા શરીરની દિનચર્યા (24-કલાક) લય, અનેક અંતઃસ્ત્રાવી ગ્રંથિઓની પ્રવૃત્તિઓ અને માનવ વર્તનને નિયંત્રિત કરે છે. તે દ્રષ્ટિ, શ્રવણ, વાણી, સ્મૃતિ, બુદ્ધિ, ભાવનાઓ અને વિચારોની પ્રક્રિયા માટેનું સ્થાન પણ છે.

માનવ મગજ ખોપરી દ્વારા સારી રીતે સુરક્ષિત હોય છે. ખોપરીની અંદર, મગજ કપાલીય મેનિન્જીસ દ્વારા આવરિત હોય છે જેમાં બાહ્ય સ્તર ડ્યુરા મેટર, ખૂબ જ પાતળો મધ્યમ સ્તર એરેક્નોઇડ અને આંતરિક સ્તર (જે મગજ પેશી સાથે સંપર્કમાં હોય છે) પાયા મેટરનો સમાવેશ થાય છે. મગજને ત્રણ મુખ્ય ભાગોમાં વહેંચી શકાય છે: (i) અગ્રમગજ, (ii) મધ્યમગજ, અને (iii) પશ્ચમગજ (આકૃતિ 21.4).

આકૃતિ 21.4 માનવ મગજનો સેજિટલ વિભાગ દર્શાવતી રેખાકૃતિ

21.4.1 અગ્રમગજ

અગ્રમગજમાં સેરેબ્રમ, થેલેમસ અને હાઇપોથેલેમસનો સમાવેશ થાય છે (આકૃતિ 21.4). સેરેબ્રમ માનવ મગજનો મુખ્ય ભાગ રચે છે. એક ઊંડી ચીરા સેરેબ્રમને લંબરૂપે બે ભાગોમાં વહેંચે છે, જેને ડાબા અને જમણ