التخطيط الكهربائي للدماغ (Electroencephalogram (EEG - النوم والأحلام Sleep and dreams

التخطيط الكهربائي للدماغ Electroencephalogram (EEG )

يمكن إجراء تخطيط الدماغ بوضع أقطاب موصلة للتيار الكهربائي ملامسة الفروة الرأس أو ملامسة للدماغ نفسه أو مغروسة فيه ثم توصل الأقطاب إلى جهاز حساس لقياس فرق الجهد. كما يمكن وضع الأقطاب ملامسة لغشاء الأم الحنون وفي هذه الحالة يدعي تخطيط قشرة الدماغ electrocorticogram ويرمز له ECOG.

يمكن أن يكون التخطيط ثنائي الأقطاب bipolar وذلك بجعل كل من القطبين يلامس الدماغ أو فروة الرأس ويكون التخطيط المسجل هو التذبذب في فرق الجهد بينهما كما يمكن أن يكون أحادي القطب unipolar بجعل قطب فوق الدماغ والآخر في أي مكان آخر في الجسم غير القشرة المخية. في كل من الحالتين، فإن التخطيط المتحصل عليه هوللتذبذب الحاصل في فرق الجهد نتيجة لنشاط مئات الآلاف من العصبونات الواقعة في قشرة المخ وليس في العصبونات الواقعة في المناطق الأخرى من الدماغ. يكون مقدار التذبذب في فرق الجهد أثناء التخطيط عادة صغيرا إذ يقاس بالميكروفولت (MV) ولهذا فهو يعكس في الواقع جهود الفعل المتدرجة graded potentials وليس جهود الفعل action potential حيث أن الأخيرة كبيرة المقدار إذ تقارب سعتها حوالي 100 مليفولت.

تعزي التغيرات في فرق الجهد المتحصل عليها في التخطيط إلى تدفق التيارات الكهربائية بين الأزرار التشابكية والزوائد الشجرية لخلايا القشرة، فعندما يكون الزر التشابكي محتويا على ناقل مهيج يتدفق التيار إلى الزوائد الشجرية أما عندما يكون الزر التشابكي محتويا على ناقل مشط فيتدفق التيار من الزوائد الشجرية باتجاه الزر، وفي كل لحظة تمثل موجة التخطيط مجموع التيارات التي تكون من نوع واحد والتي تسير باتجاه واحد (شكل 1 - 21).

وعلى الرغم من أن تخطيط الدماغ وصف القرن التاسع عشر إلا أن الدراسة المنظمة له بدأت على يد العالم الألماني Hans Berger حيث استطاع الباحثون بعد ذلك تمييز أربعة أنواع من الأمواج أطلق عليها ، G،B 0 ، 6 . تختلف الأمواج الأربع في مقدارها وفي تكرارها بوحدة الزمن فأمواج ألفا (0) مقدارها حوالي 50 ميکروفولتا وتكرارها 8 - 12/ث وأمواج بيتا (8) أقل مقدارا ولكن تكرارها 18 - 30/ث أما أمواج ثيتا (0) فهي أكبر مقدار من ألفا وتكرارها 4-7/ث بينما أمواج دلتا (6) أكبر مقدارا وأقل تكرارة ( أقل من 4/ث ).

يمكن تسجيل أمواج ألفا من الإنسان البالغ عندما يكون في وضع استرخاء وعيناه مغمضتان، كما يمكن تسجيل أمواج مماثلة من معظم الشدييات وضع مماثل وإذا فتحت العينان فإن نمط ألفا يتغير بسرعة ليحل محله أمواج صغيرة المقدار كبيرة التردد هي أمواج بيتا ويدعى هذا التحول إزالة التناسق desynchronization (أو Q - block ) وحيث أن هذا التحول يحدث بفعل وصول معلومات حسية فإن إزالة التناسق هذا تكون ملازمة لحالة الاستيقاظ arousal أو التنبه alerting . response

النوم والأحلام Sleep and dreams

الشكل 9-21: أ) خلية هرمية في قشرة المخ والتشابكات المهيجة والمثبطة الواصلة لها والنشاط الكهربائي لتلك الخلية ومقداره بالميكروفولت، ب) الأنماط المختلفة لأمواج الدماغ كما يبينها التخطيط الكهربائي للدماغ.

مراحل النوم معروفة ويكشف عنها التخطيط الكهربائي للدماغ. فالنشاط الكهربائي الدماغ الشخص المستيقظ يمتاز بوجود أمواج قليلة المقدار عالية التكرار (شكل 1 - 22). عند الخلود للنوم تزداد سعة أمواج الدماغ ويقل ترددها. يميز الباحثون بين نوعين من النوم أحدهما هو النوم المصحوب بحركات سريعة اللعين rapid eye movement (REM ) sleep والآخر هو الذي لا يكون مصحوبا بهذه الحركات (non rapid eye movement ( NREM) sleep.

يمكن تمييز أربع مراحل لهذا النوع الأخير من النوم عرفت بالمراحل 1، 2، 3، 4 وتمتاز بأن نشاط الدماغ الكهربائي المتمثل بالتخطيط الكهربائي تزداد سعة أمواجه ويقل ترددها تدريجيا بالانتقال من المرحلة الأولى وحتى الرابعة، كما أن عمق النوم يزداد تدريجيا أيضا بنفس الاتجاه. يبدأ النوم عادة (شكل 1 - 22 ب) بنوم غير مصحوب بحركات للعين (NREM) إذ يدخل المرء خلال الخمسة وأربعين دقيقة الأولى من النوم في المراحل الأربع السابقة ابتداء من المرحلة 1 وانتهاء بالمرحلة 4 ثم يعود إلى المرحلة الثالثة والثانية فالأولى (أي يصبح النوم أقل عمقا ) ثم يدخل لمدة 20 دقيقة أخرى النوع الثاني من النوم وهو النوم المصحوب بحركات كرة العين.

يمتاز النوم المصحوب بحركات كرة العين بنشاط كهربائي شبيه بحالة الاستيقاظ غير أنه من الصعب إيقاظ الفرد في هذه المرحلة ولذا فهو يدعى النوم المتناقض paradoxical sleep، وقد وجد في 80 - 90 % من الحالات التي تم فيها إيقاظ الأشخاص في هذه المرحلة بأنهم كانوا يحلمون. يعود الشخص بعد ذلك إلى المرحلة 1 ثم 2 ثم 3 ثم 4 من النوم غير المصحوب بحركات العين ثم تكرر هذه الدورة مرة كل 90 - 100 دقيقة بمقدار 64 مرات في الليلة الواحدة. يجدر بالذكر أن مراحل النوم العميق (43) تقل تدريجيا باتجاه الصباح كما أن فترات REM تزداد طولا. يقضي الفرد البالغ عادة ما مقداره 75 % من الوقت في NREM و 25 % من الوقت في نوم مصحوب بحركات سريعة لكرة العين، كما تقل فترات النوم العميق بسرعة مع تقدم العمر وقد تختفي تماما بعد 60 سنة من العمر.

الشكل 1-22: أ) الاستيقاظ ومراحل النوم الأربع كما يبينها التخطيط الكهربائي للدماغ. ب) النمط المتكرر لمراحل النوم مبينا حالتي الاستيقاظ والنوم المصحوب بحركة العين وإلى اليسار يظهر التخطيط الكهربائي للدماغ أثناء حالتي الاستيقاظ والنوم.

لا يؤدي حرمان الشخص من النوم المصحوب بحركات لكرة العين إلى آثار سلوكية بعيدة الأثر، إذ أن للفرد القدرة على معاودة هذا النوع من النوم إذا ما أتيحت له فرصة قريبة حيث يستعيد أنماط النوم المعروفة بعد ذلك.

في مراحل النوم العميق تكون العضلات في حالة انبساط ويقل معدل نبض القلب وضغط الدم ومعدل التنفس ويزداد نشاط القناة الهضمية وينقبض بؤبؤ العين، ويفرز هرمون النمو وكورتزول بشكل متقطع كما تفرز هرمونات النخامية المنشطة للغدد التناسلية، أما في النوم المصحوب بحركات العين فيزداد ويضطرب معدل النبض وضغط الدم ومعدل التنفس ويقل نشاط القناة الهضمية، وينتصب القضيب والبظر.

يمر الإنسان وكثير من الحيوانات في دورة من النوم والاستيقاظ sleepتحدث الأحلام dreams في مرحلة النوم المصحوب بحركات العين REM وهي قد تكون أحلاما بصرية للأشخاص المبصرين وسمعية لفاقدي البصر منذ الولادة أما الذين يفقدون بصرهم لاحقا فالغالب أنهم سيفقدون القدرة على الأحلام البصرية في النهاية. أما الكوابيس فتحدث أثناء النوم العميق (NREM). يجدر بالذكر أن النوم المصحوب بحركات العين (والذي تصاحبه الأحلام عادة) موجود في جميع أنواع الثدييات والطيور.

الآليات العصبية للنوم Neural mechanisms of sleep

تعد تحت المهاد وجذع الدماغ المناطق الدماغية المسؤولة عن دورة النوم والاستيقاظ، فقد وجد أن تنبيه النواة قبل البصرية preoptic area و تحت المهاد يؤدي إلى النوم من نوع NREM، وأن تدمير هذه المنطقة في الجرذان يؤدي إلى الأرق insomnia. وحيث أن هذه النواة توجد على مقربة من النواة فوق التصالبية suprachiasmatic التي تعمل كساعة بيولوجية وتستلم معلومات عن دورة الضوء والظلام من الشبكية، لذا فإن الاعتقاد يسود بأن النواة فوق التصالبية تغذي النواة قبل البصرية بهذه المعلومات مما ينظم النوم والاستيقاظ.

أما دور جذع الدماغ فيتجلى في أن تدمير نواة الرفو raphe nucleus الموجودة هناك يؤدي إلى الأرق حيوانات التجارب بينما تدمير أجزاء صغيرة منها يؤدي إلى غياب النوم من نوع REM تماما بينما يعود النوم NREM تدريجيا، الأمر الذي يؤدي للاعتقاد بأن هذه النواة هي المسؤولة عن توليد النوم REM.

وحيث أن الألياف الهابطة من هذه النواة نحو الحبل الشوكي تثبط العصبونات الحركية وبالتالي العضلات الهيكلية، لذا فإن النشاط الحركي المبرمج المتوقع بناء على الدوائر العصبية أثناء النوم REM وأثناء الأحلام يتوقف. تتمثل الاستثناءات القليلة لهذا التثبيط في عضلات العين مما يعطي حركات العين السريعة وعضلات التنفس التي تستمر بالعمل فلايتوقف التنفس نتيجة لهذا التثبيط.

الناقل العصبي ذو الدور الكبير في النوم هو سيرتونين serotonin الذي يتواجد في عصبونات نواة الرفو والذي وجد أن حقنات منه تؤدي إلى النوم NREM بينما وقف افرازه من العصبونات يؤدي إلى النوم REM. في الليل يتحول سيرتونين إلى ميلاتونين الذي يشارك سيرتونين في تنظيم دورة النوم والإستيقاظ. كما وجد بأن بعض أنواع بروستاغلاندينات في النواة قبل البصرية تسبب حدوث النوم بينما نوع آخر منها في تحت المهاد الخلفي يسبب الاستيقاظ. كما أن هناك دور لكل من نورابينفرين وأستيل كولين ولبعض الببتيدات في السيطرة على النوم. كذلك يعتقد بأن أدينوسين يسبب النوم وأن كافين الذي يعطل مستقبلات أدينوسين يسبب الاستيقاظ .

الأهمية البيولوجية للنوم والأحلام

بالإضافة إلى الراحة الضرورية للعضلات لكي تستعيد نشاطها ليوم جديد حافل بالنشاط، فإن بعض النظريات ترى أن زيادة النشاط لبعض العصبونات أثناء النوم ضروري لنضج الدماغ أثناء التطور الجنيني بينما ترى نظريات أخرى أن النوم والأحلام يقويان الوصلات العصبية بين الخلايا ذات العلاقة بالذاكرة لأحداث اليوم المنصرم (إذ يعبر من خلال الأحلام في اللاشعور عن التغيرات الكيميائية والتركيبية التي يجب أن يمر بها الدماغ لجعل التعلم والذاكرة للأحداث أمرا ممكنا).

الأهمية التطبيقية لتخطيط الدماغ وبعض اضطرابات النوم

الشكل 1-23: أشكال الصرع كما يظهرها تخطيط الدماغ. يعتبر تخطيط الدماغ مؤشرا أساسيا لموت الدماغ brain death فوجود خط متعادل كهربائيا isoelectric (بدون أمواج دائم، بغياب الأدوية المثبطة، يشير إلى موت الدماغ.

يستخدم تخطيط الدماغ لتشخيص حالات الصرع أثناء حدوثها، ففي الصرع الأصغر petit mal هناك نوبات من فقد مؤقت لتعابير الوجه والاستجابات ويتميز تخطيط الدماغ بحدوث 3 أمواج مزدوجة في الثانية الواحدة يتألف كل منها من شوكة وموجة مستديرة (شكل 1 - 23) أما في حالة الصرع الأكبر grand mal فإن هناك نشاط كهربائي سريع (30 موجة /ث ) خلال طور الانقباض أو التوتر tonic ثم هناك أمواج بطيئة يسبق كل منها شوكة أثناء مرحلة الانبساط العشوائي clonic jerk، وتستمر الأمواج البطيئة حتى بعد انتهاء النوبة. جدير بالذكر أن هذا النشاط الكهربائي يكون مصحوبا بفقدان الوعي يتبعه تشنج عام مصحوب بانقباض عضلي توتري يتبعه انبساط عشوائي كما يجدر بالذكر أن كثيرين من مرضی الصرع الأكبر يشعرون بهلوسة حسية تتمثل کرائحة أو طعم أو ومضات صوتية قبل حدوث النوبة مباشرة. هذه الهلوسة يمكن أن تكون مفيدة لهم إذ تمكنهم من الاستلقاء على الأرض بدلا من السقوط الذي يحدث الكثير من الإصابات. يعالج مرض الصرع عادة باستخدام العلاجات المضادة للتشنجات.

يمثل الأرق insomnia، وهو عدم القدرة على النوم، شكلا من أشكال اضطراب النوم يعزى إلى اضطراب في الإيقاع اليومي الدوري للجسم كما يحدث عند عبور خطوط الزمن time zones نتيجة السفر بالطائرات وهو ما يدعى أحيانا jet lag. ومن الاضطرابات في النوم تشنجات الخدر (narcolepsy ( numbness seizures حيث ينام الشخص فجأة دون مقدمات خلال النهار أو خلال فترة النشاط ولهذا المرض مميزات النوم المصحوب بحركات العين نفسها ويستغرق الفترة الزمنية نفسها أي حوالي 20 دقيقة. يعتقد بأن هذا المرض، وهووراثي، ينتج من عدم القدرة على تثبيط التراكيب المولدة للنوم REM وحيث أن مثبطات هذه التراكيب هي عصبونات نورابينفرينية لذا فإن مركبات مثل أمفيتامين amphetamine يمكن أن تحسن وضع المريض. من اضطرابات النوم كذلك توقف التنفس أثناء النوم sleep apnea حيث يجري تثبيط لعضلات التنفس مئات المرات أثناء النوم وهو يصيب الرجال أكثر من النساء. كذلك هناك مرض النوم الأفريقي African sleeping sickness الذي يحدث بسبب الطفيليات وأسبابه المباشرة تزايد تركيز بعض بروستاغلاندينات المسببة للنوم.

الفصل التاسع:

·        الجهاز العصبي :

·        التركيب والتنظيم

·        تطور الأجهزة العصبية

·        الجهاز العصبي في الفقريات

·        الأصل الجنيني

·        الجهاز العصبي في الإنسان

·        الجهاز العصبي المركزي

·        الأغشية المحيطة

·        السائل الدماغي الشوكي

·        الدماغ

·        التركيب العام

·        جذع الدماغ

·        النخاع المستطيل

·        القنطرة

·        الدماغ الأوسط

·        الدماغ البيني

·        المهاد

·        تحت المهاد

·        الوظائف الذاتية لتحت المهاد

·        العلاقة بين تحت المهاد والغدد الصماء

·        دور تحت المهاد کساعة بيولوجية

·        وظائف أخرى لتحت المهاد

·        المخ

·        فصوص المخ ومساحاته الوظيفية

·        المنطقة الحسية الأساسية (منطقة الإدراك البدني الأساسية)

·        المنطقة الحركية الأساسية

·        المادة البيضاء للمخ

·        العقد القاعدية أو الانوية المخية

·        الجهاز الطريفي (الحلقي)

·        السيادة المخية

·        اللغة

·        التعلم والذاكرة

·        أماكن خزن المعلومات ( أماكن الذاكرة

·        دائرة منعكس رمش العين في الأرنب

·        الأساس المادي للذاكرة

·        الأساس العصبي للذاكرة والتعلم

·        التغيرات الفسيولوجية الخلوية المصاحبة لبعض أنماط التعلم

·        التعود

·        التحسس

·        التعلم الشرطي التقليدي

·        التخطيط الكهربائي للدماغ

·        النوم والأحلام

·        الآليات العصبية للنوم

·        الأهمية البيولوجية للنوم والأحلام

·        الأهمية التطبيقية التخطيط الدماغ وبعض اضطرابات النوم

·        المخيخ

·        الحبل الشوكي

·        وظائف الحبل الشوكي

·        المسالك الهابطة

·        مسالك قشرية شوكية أو مسالك هرمية

·        المسالك غير القشرية الشوكية

·        المسالك الصاعدة

·        المسالك الصاعدة النوعية

·        المسالك الصاعدة غير النوعية

·        أسماء المسالك العصبية ووظائفها

المصادر

• التشريح الوظيفي وعلم وظائف الأعضاء ، الدكتور شتيوي العبدالله (2012) ، دار المسيرة عمان – الأردن.

• Prosser, C. Ladd (1991). Comparative Animal Physiology, Environmental and Metabolic Animal Physiology (4th ed.). Hoboken, NJ: Wiley-Liss. pp. 1–12. ISBN 978-0-471-85767-9.
•  Hall, John (2011). Guyton and Hall textbook of medical physiology (12th ed.). Philadelphia, Pa.: Saunders/Elsevier. p. 3. ISBN 978-1-4160-4574-8.
•  Widmaier, Eric P.; Raff, Hershel; Strang, Kevin T. (2016). Vander's Human Physiology Mechanisms of Body Function. New York, NY: McGraw-Hill Education. pp. 14–15. ISBN 978-1-259-29409-9.
• R. M. Brain. The Pulse of Modernism: Physiological Aesthetics in Fin-de-Siècle Europe. Seattle: University of Washington Press, 2015. 384 pp., [1].
• Rampling, M. W. (2016). "The history of the theory of the circulation of the blood". Clinical Hemorheology and Microcirculation. 64 (4): 541–549. doi:10.3233/CH-168031. ISSN 1875-8622. PMID 27791994. S2CID 3304540.
• Bernard, Claude (1865). An Introduction to the Study of Ex- perimental Medicine. New York: Dover Publications (published 1957).
•  Bernard, Claude (1878). Lectures on the Phenomena of Life Common to Animals and Plants. Springfield: Thomas (published 1974).
•  Brown Theodore M.; Fee Elizabeth (October 2002). "Walter Bradford Cannon: Pioneer Physiologist of Human Emotions". American Journal of Public Health. 92 (10): 1594–1595. doi:10.2105/ajph.92.10.1594. PMC 1447286.
•  Heilbron, J. L. (2003). The Oxford Companion to the History of Modern Science, Oxford University Press, p. 649, link.
•  Feder, ME; Bennett, AF; WW, Burggren; Huey, RB (1987). New directions in ecological physiology. New York: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-34938-3.
•  Garland, Jr, Theodore; Carter, P. A. (1994). "Evolutionary physiology" (PDF). Annual Review of Physiology. 56 (1): 579–621. doi:10.1146/annurev.ph.56.030194.003051. PMID 8010752.