พื้นฐานระบบประสาทและเทคนิควิธีวิจัยทางประสาทวิทยาศาสตร์

ร่างกายของสิ่งมีชีวิต มีการทำงานอยู่ตลอดเวลาแม้ในขณะหลับ โดยมีระบบประสาททำหน้าที่สำคัญเพื่อควบคุมการทำงานของระบบต่าง ๆ หนังสือเล่มนี้ประกอบด้วยเนื้อหา 2 ส่วน ส่วนแรกคือ ความรู้พื้นฐานทางระบบประสาท ทั้งโครงสร้างและกลไกการทำงานของเซลล์ประสาท ระบบรับความรู้สึก ระบบประสาทมอเตอร์ ระบบประสาทอัตโนมัติ สมองใหญ่ และการทำงานด้านภาษา อารมณ์ การเรียนรู้และความจำ ส่วนที่สอง คือ เทคนิควิจัยเบื้องต้นที่สัมพันธ์กับการศึกษาทางประสาทวิทยาศาสตร์ในสัตว์ทดลอง ได้แก่ การผ่าตัดและเครื่องมือสเตอริโอแทคติก เพื่อใช้ในการศึกษา ระดับของสารสื่อประสาท โดยใช้เทคนิคไมโครไดอะไลซิสและการศึกษาทางไฟฟ้า และการศึกษาพฤติกรรมต่าง ๆ ในสัตว์ทดลอง

ตัวอย่างเช่น ระบบประสาท (nervous system) ระบบประสาททำหน้าที่รับรู้และตอบสนองการเปลี่ยนแปลงทั้งภายในและภายนอกร่างกายร่วมกับระบบต่าง ๆ ในร่างกายโดยเฉพาะต่อมไร้ท่อ เพื่อรักษาสภาวะสมดุล (homeostasis) ภายในร่างกาย ระบบประสาทแบ่งเป็น 2 ส่วน ได้แก่

ซึ่งภายในหนังสือเนื้อหาสาระทั้งหมด 5 บท ประกอบไปด้วย

1. พื้นฐานทางระบบประสาท

ระบบประสาททำหน้าที่รับรู้และตอบสนองการเปลี่ยนแปลงทั้งภายในและภายนอกร่างกายร่วมกับระบบต่าง ๆ ในร่างกายโดยเฉพาะต่อมไร้ท่อ เพื่อรักษาสภาวะสมดุล (homeostasis) ภายในร่างกาย ระบบประสาทแบ่งเป็น 2 ส่วน (ภาพที่ 1.1) ได้แก่

1. ระบบประสาทส่วนกลาง (Central Nervous System : CNS) ซึ่งประกอบด้วย สมอง (brain) และไขสันหลัง (spinal cord) ทำหน้าที่เป็นศูนย์ควบคุมระบบประสาท
2. ระบบประสาทส่วนปลาย (Peripheral Nervous System : PNS) ประกอบด้วยเส้นประสาทสมอง (cranial nerve) รากประสาท (spinal nerve roots) เส้นประสาทไขสันหลัง (spinal nerves) เส้นประสาทตามร่างกาย (somatic nerves) ระบบประสาทส่วนปลายแบ่งตามหน้าที่ออกเป็นส่วนที่ทำ หน้าที่รับความรู้สึก (sensory division) จะนำกระแสประสาทจากตัวรับผ่านเข้าสู่ระบบประสาทส่วนกลางตามทางเดินประสาทขาเข้า (afferent/sensory pathway) และส่วนที่ทำหน้าที่สั่งการ (motor division) จะนำคำสั่งออกจากระบบประสาทส่วนกลางไปสู่อวัยวะตอบสนอง (effector organ) ตามทางเดินประสาทขาออก (efferent/motor pathway) ในส่วนของการสั่งการมีความเกี่ยวข้องกับการควบคุมภายใต้อำนาจจิตใจ (voluntary) ผ่านระบบประสาทกาย (somatic nervous system) ไปควบคุมการเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อลาย (skeletal muscle) และการควบคุมนอกอำนาจจิตใจ(involuntary) ผ่านระบบประสาทอัตโนมัติ (autonomic nervous system) ซึ่งแบ่งเป็นระบบsympathetic และ parasympathetic ได้แก่ การควบคุมการทำหน้าที่ของกล้ามเนื้อเรียบ (smooth muscle) กล้ามเนื้อหัวใจ (cardiac muscle) และต่อมต่าง ๆ (glands)

ภาพที่ 1.1 การแบ่งส่วนของระบบประสาท


2. เทคนิควิจัยทางประสาทวิทยาศาสตร์

การวิจัยทางประสาทวิทยาศาสตร์ (history of research techniques in neuroscience)

ปัจจุบันมีการศึกษาวิจัยทางประสาทวิทยาศาสตร์มากขึ้น เทคนิควิจัยเบื้องต้น ในการศึกษาทางประสาทวิทยาศาสตร์จะมีทั้งที่ศึกษาจากกรณีศึกษา สังเกตพฤติกรรม การถ่ายภาพสมอง (brain imaging) โครงสร้างกายวิภาคและจุลกายวิภาค (anatomy and histology) สรีรวิทยาทางไฟฟ้า (electrophysiology) ชีวเคมี (biochemistry) พันธุศาสตร์ (genetics) หรือการศึกษาจากการเพาะเลี้ยงเซลล์เนื้อเยื่อ (cell tissue culture) เป็นต้น

การศึกษาทางระบบประสาทอย่างเป็นระบบเริ่มมีมาตั้งแต่ประมาณ 150 ปีที่ผ่านมา ซึ่งในระยะแรก ๆ จะเป็นการสังเกตพฤติกรรมโดยตรง หรือการตรวจสอบถึงความเกี่ยวข้องของสมองที่ถูกทำลายกับอาการแสดงออกที่เกิดขึ้น ต่อมามีความก้าวหน้าในการศึกษาทางจุลกายวิภาคเพิ่มขึ้นทำให้สามารถมองเห็นเซลล์ประสาท ทราบถึงความแตกต่างของเซลล์ที่ปกติและผิดปกติได้ มีนักวิทยาศาสตร์หลายท่าน เช่น Ramon Y Cajal ได้ใช้เทคนิคการย้อมสีกอลจิ (Golgi staining) ตามแบบของ Camillo Golgi และค้นพบวิธีการเชื่อมต่อของเซลล์ประสาทในสมองเนื้อสีเทา (gray matter) จนได้รับรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ ในปี ค.ศ. 1906 การย้อมอีกชนิดที่ใช้กันบ่อยคือ cresyl violet stainin (ภาพที่ 2.1) ซึ่ง cresyl violet จะจับกับ RNA ใน rough endoplasmic reticulum ของเซลล์ประสาท จะติดสีม่วงเรียกว่า นิสเซสบอดี้ (Nissl body) ซึ่งทำให้เข้าใจถึงโครงสร้างและความเชื่อมโยงในระบบประสาท

ในศตวรรษที่ 20 มีความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเป็นอย่างมาก มีนักสรีรวิทยาชาวอังกฤษ 2 ท่านคือ Andrew Huxley และ Alan Hodgkin ได้ศึกษาการทำงาน ของเซลล์ประสาทโดยใช้เทคนิคทางไฟฟ้าในการศึกษาค่าศักย์ไฟฟ้าเยื่อหุ้มเซลล์ (membrane potential) ของเซลล์ประสาทจนทำให้ทราบว่ากระแสประสาทเกิดขึ้นได้อย่างไร และได้รับรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ในปี ค.ศ. 1963 ภาพที่ 2.2 แสดงถึงลักษณะกระแสประสาทที่บันทึกได้ ซึ่งหลังจากการค้นพบนี้ มีนักวิทยาศาสตร์อีกหลายท่านได้ศึกษาเพิ่มเติมในเรื่องดังกล่าว โดยการศึกษาหนึ่งที่มีความสำคัญและสร้างคุณประโยชน์อย่างมากมายจนได้รับรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ในปี ค.ศ. 1991 คือการศึกษาของ Erwin Neher และ Bert Sakmann ที่ศึกษาการเปลี่ยนแปลงของช่องไอออน (ion channel) ที่อยู่บนผิวเซลล์โดยใช้เทคนิค patch clamp ซึ่งเป็นเทคนิคการทำให้ค่าศักย์ไฟฟ้าของเยื่อหุ้มเซลล์คงที่ และศึกษาเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของไอออนในแต่ละช่องไอออน ทำให้รู้ถึงชนิดและคุณลักษณะของไอออนที่ผ่านเข้า-ออกของแต่ละช่องไอออน และสามารถคิดค้นวิธีการวัดกระแสไฟฟ้าได้ และต่อมาช่วงกลางศตวรรษที่ 20 นักประสาทวิทยาได้ใช้เทคนิคทางชีวโมเลกุลและพันธุศาสตร์ในการศึกษาระบบประสาทในระดับยีน (gene) และโปรตีน ซึ่งทำให้ทราบความเป็นไปในระดับชีวโมเลกุลของเซลล์ประสาทมากขึ้น ในปัจจุบันมีเทคนิคมากมายที่ใช้ในการศึกษาและตอบคำถามของนักวิทยาศาสตร์

ภาพที่ 2.1 การย้อมสี cresyl violet บริเวณ CA3 ของสมองฮิปโปแคมปัส


3. เครื่องมือสเตอริโอแทคสิกและการผ่าตัด

หลักการใช้เครื่องมือสเตอริโอแทคสิกและการผ่าตัด (principle of stereotaxic apparatus and surgery)

Stereotaxic มีรากศัพท์มาจาก stereos ซึ่งหมายถึง ‘three-dimention; 3-D’ หรือสามมิติ และ taxic ซึ่งหมายถึง ‘having an arrangement’ หรือการหาจุดอ้างอิง ดังนั้น stereotaxic surgery คือเทคนิคการผ่าตัดสมองโดยใช้จุดอ้างอิง 3 มิติ โดยอาศัยเครื่องมือสเตอริโอแทคสิก (stereotaxic apparatus) เครื่องมือนี้ใช้สำหรับตรึงศีรษะโดยใช้งานร่วมกับแผนที่สมอง (brain atlas) เพื่อกำหนดบริเวณที่จะศึกษาโดยอาศัยการเทียบกับจุดอ้างอิง 3 มิติ (ซ้าย-ขวา หน้า-หลัง และบน-ล่าง) เพื่อที่จะฝังท่อ (probe) หรือเครื่องมืออื่น เพื่อศึกษาการทำงานของเซลล์ หรือสารชีวเคมีต่าง ๆ ในสมองควบคู่กับการศึกษาการแสดงออกทางพฤติกรรมในขณะที่สิ่งมีชีวิตยังมีชีวิตอยู่ เครื่องมือสเตอริโอแทคสิกมีทั้งของคน หนูขาว หนูถีบจักร หรือกระต่าย เป็นต้น


4. เทคนิคไมโครไดอะไลซิส

ไมโครไดอะไลซิส (microdialysis)

ไมโครไดอะไลซิส (microdialysis) อาศัยหลักการของไดอะไลซิส (dialysis) คือกระบวนการเคลื่อนที่แลกเปลี่ยนสารระหว่างสารละลาย 2 ชนิด ผ่านเยื่อกึ่งเลือกผ่าน (semipermeable membrane) โดยอาศัยความแตกต่างในความเข้มข้น (concentration gradient) ระหว่างสารละลายทั้งสอง สำหรับเทคนิคไมโครไดอะไลซิส (microdialysis technique) เป็นวิธีการแยกสารออกจากกันอย่างต่อเนื่องโดยใช้เยื่อเลือกผ่านซึ่งมีขนาดรูที่ยอมให้สารโมเลกุลเล็กแพร่ผ่านได้และกันการผ่านของสาร โมเลกุลใหญ่ โดยอาศัยความแตกต่างในความเข้มข้น สารที่ได้จากการแยกนี้รวมไปถึงโมเลกุลต่าง ๆ ที่สร้างภายในร่างกาย (endogenous molecules) เช่น สารสื่อประสาท ฮอร์โมน น้ำตาล และอื่น ๆ เพื่อที่จะประเมินหน้าที่การทำงานในร่างกาย หรือสารสังเคราะห์ภายนอกที่ให้เข้าไปในร่างกาย (exogenous compounds) เช่น ยาหรือสารทดสอบอื่น ๆ เพื่อประเมินการกระจายของยาหรือสารทดสอบภายในร่างกาย


5. การศึกษาพฤติกรรมในสัตว์ทดลอง

มนุษย์เป็นสัตว์ที่สามารถใช้ภาษาพูดในการแสดงออกของพฤติกรรม (behavior) ไม่ว่าจะเป็นความรู้สึก (feeling) การรับรู้ (perception) หรือการรู้ (knowing) สำหรับการศึกษาพฤติกรรมในสัตว์เพื่อหากลไกการเกิดพฤติกรรม หรือพยาธิสรีรวิทยาของโรคที่เกิดขึ้นกับอาการ กลุ่มอาการหรือโรคทางจิต หรือแม้แต่การทดสอบยาที่มีผลต่อพฤติกรรมทางประสาทนั้น เราไม่สามารถได้รับคำตอบจากการซักถาม แต่การศึกษาพฤติกรรมในสัตว์นั้นการที่นักวิทยาศาสตร์จะรู้ถึงอารมณ์ ความรู้สึก การรับรู้ต่าง ๆ ของสัตว์ จะต้องเฝ้าสังเกตและศึกษาถึงรูปแบบการแสดงออกของพฤติกรรมต่าง ๆ เช่น สภาวะอารมณ์ ความรู้สึกและการรับรู้ของสัตว์ตามธรรมชาติ และความสามารถในการตอบสนองของสัตว์แต่ละชนิดที่จะรับรู้การกระตุ้นในรูปแบบต่าง ๆ และนำมาปรับและพัฒนารูปแบบของสัตว์ทดลองต้นแบบ (animal model) เพื่อศึกษาพฤติกรรมต่อไป การศึกษาพฤติกรรมในสัตว์สามารถใช้สัตว์ได้ตั้งแต่ ไส้เดือน (worm) แมลง (insect) สัตว์ฟันแทะ (rodent) จนถึงสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม (primate)

ในการศึกษาพฤติกรรมสัตว์ทดลองมีปัจจัยหลายอย่างที่ควรระวัง เช่น การเลือกประเภท สายพันธุ์ เพศ อายุ ของสัตว์แต่ละชนิดที่มีความจำเพาะต่อการทดสอบพฤติกรรมแต่ละประเภท เช่น ไส้เดือน หรือแมลงเป็นต้นแบบที่ดีของการศึกษาพฤติกรรมที่ตอบสนองต่อสิ่งแวดล้อม เช่น การหาอาหาร (food seeking) การควบคุมการเคลื่อนไหว (motor control) เป็นต้น นอกจากนั้นในระหว่างที่ทำการศึกษาจะต้องคำนึงถึงสภาพแวดล้อม ควรเป็นห้องที่เงียบ มีอุณหภูมิที่เหมาะสม ช่วงระยะเวลาที่ศึกษาให้เหมาะสมกับธรรมชาติของพฤติกรรมของสัตว์แต่ละประเภทด้วย

ในปัจจุบันมีรูปแบบการทดสอบพฤติกรรมและโรคทางจิตของสัตว์มากมาย ในที่นี้จะขอกล่าวถึงตัวอย่างรูปแบบการศึกษาพฤติกรรมการแสดงออกของสัตว์ดังนี้

Summary
product image
Aggregate Rating
5 based on 1 votes
Brand Name
สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยนเรศวร
Product Name
พื้นฐานระบบประสาทและเทคนิควิธีวิจัยทางประสาทวิทยาศาสตร์
Price
THB 200
Product Availability
Available in Stock