ทำไมการสื่อสารของเซลล์สมองถึงเร็วมาก

ทำไมการสื่อสารของเซลล์สมองถึงเร็วมาก

สุทธิพงษ์ พงษ์วร

            “เซลล์สมองทำงานอย่างไร หรือมีการสื่อสารอย่างไร จึงสามารถรับรู้และสั่งการได้อย่างรวดเร็ว โดยใช้เวลาไม่ถึงวินาที” สำหรับคนที่ศึกษาทางด้านชีววิทยาที่เกี่ยวกับการทำงานของสมอง ถือว่าเป็นเรื่องที่น่าทึ่งมากๆ และก็เป็นโจทย์ที่ตั้งไว้สำหรับการวิจัยมาช่วงระยะเวลาหนึ่งแล้ว เพื่อที่ศึกษาและทำความเข้าใจถึงกลไกการทำงานและการสื่อสารระหว่างเซลล์สมองนับล้านๆ เซลล์

            ถ้าจะเปรียบสมองเสมือนว่าเป็นคอมพิวเตอร์ ก็ต้องเรียกว่าเป็นซุปเปอร์คอมพิวเตอร์ชั้นยอดเลยทีเดียวที่สามารถบรรจุข้อมูลต่างๆ ได้อย่างไม่จำกัด และประมวลผลข้อมูลเพื่อนำมาใช้ได้อย่างรวดเร็ว ตั้งแต่เรื่องที่ดูเหมือนจะง่ายที่สุดอย่างการควบคุมการหายใจไปจนถึงเรื่องที่ดูเหมือนจะยากที่สุด เช่น การแก้โจทย์ปัญหาต่างๆ ในการเรียนรู้ในชั้นเรียน อย่างไรก็ตามสมองก็สามารถเกิดความผิดปกติต่างๆ ได้เช่นเดียวกับคอมพิวเตอร์  ซึ่งแสดงออกในรูปแบบของการเป็นโรคเกี่ยวกับสมอง เช่น โรคพาร์กินสัน โรคความจำเสื่อมและอาการหลงๆ ลืมๆ เมื่อเข้าสู่วัยชรา เป็นต้น

            ที่ผ่านมานักวิทยาศาสตร์จำนวนมากได้ศึกษาค้นคว้าและวิจัยสะสมองค์ความรู้ต่างๆ จนสามารถทำความเข้าใจกลไกการทำงานของสมองได้ในระดับหนึ่ง อย่างน้อยในขณะนี้ก็ทำให้เราทราบว่า เซลล์สมองมีการสื่อสารและส่งข้อมูลต่างๆ ผ่านโมเลกุลของสารที่อยู่ภายในร่างกายหรืออาจจะกล่าวได้ว่า เซลล์สมองมีการสื่อสารกันโดยใช้ “biochemical signal molecules” หรือที่เรียกว่า “สารสื่อประสาท”

            ถึงตอนนี้นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกน (University of Copenhagen) ประเทศเดนมาร์ก ได้อธิบายถึง ความสามารถในการส่งต่อกระแสประสาทของเซลล์ประสาทไว้ว่า การสื่อสารระหว่างเซลล์ประสาทเหล่านี้จะใช้สารสื่อประสาททั้งหมด 3 ชนิด คือ 1) โดปามีน (dopamine) ทำหน้าที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการคิดและความจำ  2) เซอโรโทนิน (serotonin) ทำหน้าที่ควบคุมสภาวะทางอารมณ์  และ 3)   นอร์อะดรีนาลีน (noradrenalin) ทำหน้าที่เกี่ยวกับสมาธิ ความตั้งใจ และการตื่นตัว

            การที่เซลล์ประสาทสามารถส่งกระแสประสาทไปยังเซลล์ประสาทอื่นๆ ได้ต้องอาศัยการทำงานของ โปรตีนตัวรับ ที่เรียกว่า “Soluble N-ethylmaleimide-sensitive factor attachment protein receptor (SNARE) proteins” หรือเรียกชื่อย่อว่า SNARE ทีมนักวิจัยจากโคเปนเฮเกน พบว่า การส่งกระแสประสาทที่เกิดขึ้นได้อย่างรวดเร็วนั้น เป็นผลมาจากการทำงานของ SNARE ที่ทำหน้าที่เชื่อมเวสิเคิล (vesicle ซึ่งบรรจุสารสื่อประสาท) เข้ากับเยื่อหุ้มเซลล์ประสาท โดยจะพบ SNARE อย่างน้อย 3 ชุดที่ทำหน้าที่ดังกล่าว และถ้ามี SNARE เพียงแค่ชุดเดียวก็จะทำให้การเชื่อมต่อกันของเยื่อหุ้มเซลล์ประสาทกับเวสิเคิลทำได้ช้าลง

            โมเลกุลของสารตั้งต้นสำหรับการจับกันเพื่อเกิดเป็น SNARE complex (ภาพที่ 1) จะบรรจุอยู่ในเวสิเคิลก่อนที่ถุงเวสิเคิลนี้จะเดินทางมาถึงเยื่อหุ้มเซลล์ประสาทที่เป็นเป้าหมาย และการหลอมรวมตัวกันอย่างรวดเร็วของเยื่อหุ้มเวสิเคิลกับเยื่อหุ้มเซลล์ประสาทจะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วด้วยการช่วยเหลือของ SNARE อย่างน้อย 3 ชุด แต่ถ้ามี SNARE เพียงแค่ชุดเดียวก็ยังคงสามารถที่จะทำงานได้ เพียงแต่จะใช้เวลามากขึ้นเท่านั้นเอง (ภาพที่ 1)

http://www.ncbi.nlm.mih.gov/pmc/articles/PmC35468/pdf/pq008065.pdf

ภาพที่ 1 ภาพแสดงการทำงานของ SNARE   (HUA & SCHELLER, 2001)

เป้าหมายต่อไปของทีมวิจัยนี้ก็คือ ความพยายามในการที่จะหาปัจจัยที่มีอิทธิพลและควบคุมจำนวนของ SNARE complex ในเวสิเคิลว่าควรจะมีจำนวนเท่าใด และนี่คือวิธีการเพียงวิธีการเดียวที่เซลล์ประสาทเลือกใช้ในการติดต่อสื่อสารระหว่างกันหรือไม่ นอกจากนี้ทีมวิจัยยังสนใจที่จะศึกษาเพิ่มเติมอีกว่า ถ้าหากสมองเกิดเป็นโรคจะทำให้การทำงานของ SNARE complex เปลี่ยนไปหรือไม่ และเปลี่ยนไปอย่างไร

 

 

เอกสารอ้างอิง

HUA, Y. & SCHELLER, R. H. (2001) Three SNARE complexes cooperate to mediate membrane fusion. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 98 (14), 8065-8070.

 

MOHRMANN, R., WIT, H. D., VERGAGE, M., NEHER, E. & SORENSEN, J. B. (2010) Fast Vesicle Fusion in Living Cells Requires at Least Three SNARE Complexes. Science Xpress Reports.

 5,795 total views,  2 views today