กระแสประสาทคืออะไร?

และแล้วก็มาถึงจุดที่เกิดคำถามว่า กระแสประสาทคืออะไรกันแน่?

มันคือกระแสไฟหรือเปล่า หรือว่าเป็นสารเคมี หรือเป็นเพียงประกายความคิดที่บอบบางจำนวนนับไม่ถ้วนเท่านั้น

ถ้าเพื่อนๆถามตัวเองด้วยคำถามข้างบนนี้ เพื่อนๆก็ไม่ใช่คนแรกที่ถามค่ะ ผู้ชนะรางวัลโนเบล 21 คน ตั้งแต่ คามิลโล กอลไจ (Camillo Golgi) และ ซานเตียโก รามอน อี กาฮาล (Santiago Ramon Cajal) ในปี 1906 ไปจนถึง อาร์วิด คาร์ลสัน (Arvid Carlsson), พอล กรีนการ์ด (Paul Greengard) และ  เอริก แคนเดล (Eric Kandel) ในปี 2000 ล้วนต่างก็ได้รับรางวัลในเรื่องที่ต้องการคำตอบแบบเดียวกันกับเพื่อนๆค่ะ

เราลองมาเริ่มกันที่เซลล์ประสาทก่อนดีไหมคะ เซลล์ประสาทมีส่วนประกอบคือ ตัวเซลล์ (Cell body) ใยประสาทนำเข้า หรือเดนไดรท์ (Dendrite) ซึ่งทำหน้าที่นำข้อความจากเซลล์ประสาทอื่นๆเข้าสู่ตัวเซลล์ และยังมีเส้นใยยาวๆที่เราเรียกว่า ใยประสาทส่งออกหรือแอคซอน (Axon) ซึ่งทำหน้าที่นำส่งข้อความออกจากตัวเซลล์ค่ะ ที่ปลายสุดของใยประสาทส่งออกเรียกว่า ไซแนปส์ (Synapse) ซึ่งเป็นพื้นที่เล็กๆที่แยกระหว่างเซลล์ประสาทหนึ่งออกจากอีกเซลล์หนึ่ง และออกจากเซลล์กล้ามเนื้อด้วย เซลล์ประสาทจะต้องติดต่อข้ามผ่านไซแนปส์นี้ถ้าได้รับข้อความนำส่งมาค่ะ

ในช่วงเวลาครึ่งแรกของศตวรรษที่ 19 กระแสประสาทถูกคิดว่าเดินทางด้วยความเร็วที่มาก โดยประมาณคือ 11 ล้านไมล์ต่อวินาทีในการส่งต่ออย่างทันทีทันใด ต่อมาเฮอร์มันน์ ฟอน เฮล์มโฮลทซ์ (Hermann von Helmholtz) ในปี 1849 ได้คำนวณความเร็วของกระแสประสาทใหม่ และพบว่าเร็วเพียง 25 – 39 เมตรต่อวินาที ซึ่งเร็วพอๆกับการปล่อยตัวม้าแข่งออกจากจุดเริ่มต้นเท่านั้นค่ะ

เมื่อถึงช่วงเวลาศตวรรษที่ 20 การทำงานของ อีมิล ดู บอยส์ เรย์มอนด์ (Emil du Bois-Reymond), จูเลียส เบิร์นสไตน์ (Julius Bernstein), หลุยส์ แลพพิค (Louis Lapicque) และคนอื่นๆได้นำทางสู่ยุคทองของสรีรวิทยาไฟฟ้า ต่างแสดงว่ากระแสประสาทเป็นข้อความทางสรีรวิทยาไฟฟ้าและนำส่งโดยศักยะงาน (Action potential) ซึ่งเป็นการแลกเปลี่ยนประจุอิออนผ่านทางผนังของใยประสาท เพื่อส่งออกข้อมูลด้วยความเร็วสูง และกระแสประสาทจะเกิดตลอดความยาวของใยประสาทส่งออกค่ะ

ยังมีหนึ่งปัญหาที่ยังแก้ไม่ออกนั่นคือ เกิดอะไรขึ้นที่ไซแนปส์ ที่เป็นช่องว่างเล็กๆระหว่างเซลล์ประสาทและเซลล์เป้าหมาย มีการเกิดประกายไฟข้ามช่องว่างไปใช่หรือไม่ หรือเป็นกลไกอื่นๆที่ทำงานกันแน่ มีสองเหตุผลโต้กันค่ะ ฝ่ายแรกคือ ฝ่ายประกายไฟที่เชื่อว่ามันคือกระแสไฟล้วนๆ และเกี่ยวข้องกับระยะเวลาหนึ่งในการนำส่งข้อมูล และฝ่ายสารเคมีที่เชื่อว่าต้องมีสารทางเคมีที่เกี่ยวข้องด้วย และผลออกมาว่าฝ่ายสารเคมีนั้นส่วนใหญ่ถูกต้องค่ะ

ในปี 1921 ออทโต ลอวิ (Otto Loewi) (คนที่จะได้รางวัลโนเบลในปี 1936) ได้ตัดหัวใจกบจากกบสองตัว และใส่ลงในสารละลายน้ำเกลือ และใช้ไฟฟ้ากระตุ้นหัวใจ 1 ดวง จนกระทั่งหัวใจเต้นช้าลง แล้วเขาจึงรวบรวมสารละลายรอบๆหัวใจดวงแรก เพื่อฉีดเข้าไปในหัวใจกบดวงที่สอง ผลปรากฎว่าหัวใจกบดวงที่สองเต้นช้าลงด้วยเช่นกันค่ะ สรุปผลการทดลองนี้ มีสมมติฐานเดียวที่น่าจะเป็นไปได้ว่า น่าจะมีสารเคมีปล่อยออกมาสู่สารละลายน้ำเกลือจากหัวใจดวงแรกที่สื่อสารให้หัวใจดวงที่สองเต้นช้าลงไปด้วย สารเคมีนั้นปัจจุบันรู้จักกันในชื่อ สารสื่อประสาท (Neurotransmitter) และมีชื่อเฉพาะว่าอะซีติลโคลีน (Acetylcholine) ซึ่งสารเคมีที่ถูกปล่อยโดยเซลล์ประสาทนี้ ก็เพื่อการติดต่อข้ามไซแนปส์นั่นเองค่ะ

แต่กลุ่มประกายไฟก็ไม่ถึงกับผิดซะทีเดียวนะคะ พวกเขาได้รับชัยชนะเล็กๆในปี 1957 เมื่อเดวิด พอร์ตเตอร์ (David Potter) และเอดวิน เฟิร์ชแพน (Edwin Furshpan) แสดงให้เห็นว่ามีกระแสไฟฟ้ากระโดดข้ามไซแนปส์ได้โดยใช้ประโยชน์จากช่องทางรูปทรงกระบอกเล็กๆที่มีชื่อว่าแกพ จังก์ชัน (Gap junction) ค่ะ

ดังนั้น กระแสประสาทคืออะไร มันก็คือทั้งกระแสไฟฟ้าและสารเคมีค่ะ และมันยังสื่อสารข้อความได้ด้วยความเร็วที่จำกัดผ่านทางโครงข่ายสายไฟภายในร่างกายที่รู้จักกันในชื่อระบบประสาท เรากำลังรอการตรวจสอบซ้ำต่อไปจากนักวิทยาศาสตร์ผู้ชนะรางวัลโนเบลในอนาคตอีกค่ะ

ขอให้เพื่อนนักวิ่งมีกระแสประสาทที่รวดเร็วพอจะปล่อยตัวออกจากเส้นได้อย่างม้าแข่งกันนะคะ

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: