3. Tóm tắt và học ôn I

A. TÓM TẮT

– Nơron là một thành tố cơ bản của hệ thần kinh; chúng cho phép truyền đạt các tín hiệu nhằm điều phối những hoạt động phức tạp của cơ thể con người. Tất cả các loại nơron đều có cấu trúc căn bản giống nhau: chúng tiếp nhận tín hiệu thông qua các đuôi gai đến thân nơron và truyền tín hiện qua sợi trục đến các nơron khác.

– Nơron khởi động theo quy luật tất cả – hoặc – không có gì; tức chúng hoặc khởi động hoặc nghỉ ngơi.

B. HỌC ÔN

1... là thành tố cơ bản của hệ thần kinh.

2. Tín hiệu được truyền qua nơron theo hướng nào?

a. Đuôi gai (dendrite) – sợi trục (a xon).

b. Sợi trục – đuôi gai.

c. Bao myelin – nhân tế bào (nudeus).

d. Nút thần kinh (terminal button) – não bộ (brain).

3. Giống như dây điện có lớp bọc bên ngoài, sợi trục cũng được bao bằng một màng bọc gọi là...

4. Xung điện thần kinh di chuyển qua nơron được gọi là...

5. Quy luật... phát biểu rằng nơron hoặc khởi động hoặc nghỉ ngơi.

6. Thời kỳ trơ... là khoảng thời gian mà nơron nhận một kích thích có cường độ mạnh hơn bình thường mới khởi động được, còn thời kỳ trơ – là khoảng thời gian nơron hoàn toàn mất khả năng khởi động.

C. CÂU HỎI TỰ VẤN

Có lợi điểm gì trong trường hợp muốn tuân thủ quy luật tất cả – hoặc – không có gì?

(Giải đáp câu hỏi học ôn ở cuối chương)

II. NƠI NƠRON GẶP NƠRON: BẮC CẦU QUA KHOẢNG CÁCH

Bạn đã từng lắp ráp một máy truyền thanh (radio) đồ chơi cho trẻ em chưa? Nếu có, hẳn bạn còn nhớ rằng nhà sản xuất cung cấp cho bạn các mạch điện, và bạn đã phải vất vả lắp ráp chúng với nhau hoặc với các linh kiện khác; mỗi linh kiện phải được lắp ghép ăn khớp với linh kiện khác.

Về phương diện lắp ráp mạch điện này, cơ thể con người tinh vi hơn rất nhiều so với máy radio hoặc bất kỳ loại máy nào do con người chế tạo ra. Việc lắp ráp mạch điện ở hệ thần kinh đã tiến hóa đến mức một vài nơi trong hệ thống dẫn truyền thần kinh đã không cần có sự hiện diện của bất kỳ một cấu trúc kết nối thể xác (mô) nào giữa các bộ phận của nơi ấy. Thay vào đó, một cầu nối hàng hóa chất trung gian đã được bắc qua khoảng cách giữa hai nơron, khoảng cách này được gọi là xy–náp (synapse) (Hình: 2–5). Khi một xung điện thần kinh được dẫn truyền đến đầu cuối của sợi trục và đến nút thần kinh, thì nút thần kinh ấy phóng thích một hóa chất được gọi là chất dẫn truyền thần kinh (neurotransmitter). Chất dẫn truyền thần kinh chuyển các tín hiệu dưới dạng hóa chất chuyên biệt đi qua xy–náp, và đến đuôi gai (và đôi khi vào tận thân tế bào) muốn tiếp nhận. Tuy tín hiệu được dẫn truyền bên trong nơron dưới dạng xung điện, nhưng tín hiệu lại được dẫn truyền giữa các nơron do một hệ thống hóa chất dẫn truyền.

Hình 2–5: (a) Khớp thần kinh là một mối nối giữa sợi trục và đuôi gai. Khoảng trống giữa sợi trục và đuôi gai được bắc cầu nhờ các chất hóa học trung gian được gọi là các chất dẫn truyền thần kinh; (b) Giống như các mảnh nhỏ trong trò chơi ghép hình chỉ có thể ráp ăn khớp vào 1 vị trí đặc biệt duy nhất, mỗi loại chất dẫn truyền thần kinh có cấu hình đặc hiệu cho phép nó ráp vào một loại tế bào thụ thể tương ứng với nó.

Có nhiều loại chất dẫn truyền thần kinh. Tuy nhiên, các nơron tiếp nhận, còn gọi là tế bào thụ thể (receptor cell), không có khả năng tiếp nhận không chọn lọc tín hiệu dạng hóa học được dẫn truyền bởi các chất dẫn truyền thần kinh. Tượng tự như trường hợp một mảnh hình ghép chỉ có thể lắp ráp khớp vào một vị trí duy nhất nào đó trong trò chơi lắp hình, mỗi loại chất dẫn truyền thần kinh có một thành phần hóa học chuyên biệt và chỉ tương thích với một loại thụ thể tương ứng (xem Hình 2–5b). Sự truyền đạt tín hiệu dạng hóa học này chỉ thực hiện được khi một chất dẫn truyền thần kinh lắp ráp khớp vào thụ thể tương ứng.

Nếu một chất dẫn truyền thần kinh thật sự lắp ráp khớp với một nơron tiếp nhận tương ứng, tín hiệu hóa học do chất dẫn truyền thần kinh chuyển đến sẽ có một trong hai thể loại căn bản là: Kích thích hoặc ức chế. Tín hiệu kích thích (excitatory message) thường sẽ khiến nơron tiếp nhận khởi động và theo sau đó một điện thế động sẽ được chuyển xuống sợi trục. Ngược lại, tín hiệu ức chế (inhibitory message) cung cấp thông tin dạng hóa học để ngăn cản hoặc giảm khả năng khởi động của nơron tiếp nhận

Bởi vì các đuôi gai của một nơron cùng một lúc tiếp nhận nhiều thông tin, trong đó có một số thông tin là tín hiệu kích thích và một số khác là tín hiệu ức chế, nên nơron phải hợp nhất các thông tin ấy theo một phương thức tiến trình. Đó là tiến tình kết toán (summation process): nếu tổng số tín hiệu kích thích nhiều hơn tổng số tín hiệu ức chế thì sẽ phát sinh một điện thế động. Ngược lại, nếu tổng số tín hiệu ức chế chiếm ưu thế thì nơron tiếp tục ở trạng thái nghỉ (xem Hình 2–6).

Hình 2–6: Bởi vì các đuôi gai của một nơron cùng một lúc tiếp nhận các tín hiệu kích thích (thúc đẩy nó khởi động) và các tín hiệu ức chế (buộc nó ngưng khởi động), nên nơron phải hợp nhất các tín hiệu ấy qua một tiến trình kết toán. Trong trường hợp này số lượng tín hiệu kích thích nhiều hơn số lượng các tín hiệu ức chế, nên nơron này sẽ khởi động

Nếu các chất dẫn truyền thần kinh tiếp tục được lưu trữ ở xy–náp (khớp thần kinh), chúng sẽ liên tục kích thích tế bào thụ thể, và việc dẫn truyền có hiệu quả các tín hiệu sẽ không thể thực hiện được nữa. Thay vào đó, các chất dẫn truyền thần kinh hoặc sẽ bị các men làm mất hoạt tính (deactivated), hoặc sẽ bị tái hấp thu (reabsorbed) bởi nút tận cùng thần kinh theo một tiến trình tiết kiệm hóa chất, còn được gọi là hiện tượng tái thu hồi (reuptake), hiện tượng này thường xảy ra hơn. Một số loại ma túy, thí dụ như cocaine, ức chế tiến trình tái thu hồi một số loại chất dẫn truyền thần kinh, nhờ đó các chất ma túy này sẽ kéo dài được tác dụng của chúng dẫn đến cảm giác say thuốc mà dân chơi gọi là “phê” (high).

Các loại chất dẫn truyền thần kinh

Chất dẫn truyền thần kinh là một cầu nối đặc biệt quan trọng giữa hệ thần kinh (nervous system) và hành vi (behaviour). Chất dẫn truyền thần kinh không những quan trọng cho việc duy trì các chức năng sinh tồn của cơ thể, mà việc thiếu hoặc thừa bất kỳ một chất dẫn truyền thần kinh nào cũng đều có thể gây ra rối loạn chức năng não bộ và hành vi.

Cho đến nay, người ta đã tìm ra khoảng 50 loại hóa chất có tác động dẫn truyền thần kinh, và nhiều nhà tâm lý sinh học tin tưởng trong tương lai sẽ nhận diện thêm hàng tá loại khác nữa (Shepherd, 1990). Ngoài ra, khác với các chất dẫn truyền hiện có ở dạng chất lỏng, các chứng cứ sơ bộ gần đây cho thấy có ít nhất một chất dẫn truyền thần kinh có thể được sản xuất dưới dạng chất khí mang tên nước oxide.

Các chất dẫn truyền thần kinh khác nhau tạo ra hiệu ứng kích thích hoặc ức chế các nơron tiếp nhận với vận tốc và nồng độ khác nhau. Ngoài ra, một chất dẫn truyền thần kinh có thể có nhiều tác dụng khác nhau tùy thuộc vào phân vùng hệ thần kinh sản xuất ra chất dẫn truyền thần kinh ấy. Do đó, một chất dẫn truyền thần kinh có thể kích thích nơron khởi động khi nó được tiết ra ở nơi này của não bộ, nhưng nó lại có thể ức chế nơron khởi động khi nó được tiết ra ở một nơi khác của não bộ (xem Bảng 2–1).

Bảng 2–1. CHẤT DẪN TRUYỀN THẦN KINH

Hoạt chất	Định vị	Chức năng	Rối loạn
Acetylcholin (Ach)	Não bộ, tủy sống, hệ thần kinh ngoại bên, đặc biệt một số cơ quan thuộc hệ thần kinh đối giao cảm	Truyền tín hiệu kích thích ở các khớp thần kinh của cơ (muscle synopsis). Truyền tín hiệu ức chế ở tim	Thiếu: gây tê liệt (paralysis) (thí dụ do độc tố curare và botulism); bệnh Alzeimer. Thừa: gây co cứng cơ (rigidity) (thí dụ do độc tố của loại nhện mang tên Góa phụ áo đen)
Dopamine (DA)	Não bộ	Truyền tín hiệu ức chế	Thiếu: gây co cứng cơ và run rẩy (tremors) không kiểm soát được (bệnh Parkinson)
Enkephalins Endorphins	Não bộ, tủy sống	Chủ yếu truyền tín hiệu ức chế; ngoại trừ ở cấu tạo dưới đồi (hippocampus)	Chưa xác định được
Gamma–amino– butyric acid (GABA)	Não bộ, tủy sống	Chất dẫn truyền tín hiệu ức chế chủ yếu	Thiếu: Gây các cơn co giật (convulsions), suy sụp tâm thần (mental deteriosration)
Nor–epinephrine (NE)	Não bộ, một số cơ quan thuộc thần kinh giao cảm	Truyền tín hiệu kích thích và ức chế	Thiếu: gây trầm cảm (depression)
Serotonin	Não bộ	Truyền tín hiệu kích thích và ức chế	Thiếu: gây trầm cảm

Một trong các chất dẫn truyền thần kinh thường gặp nhất là acetylcholine (ký hiệu hóa học là ACh), và có khả năng gây co cơ. Độc tố của loài nhện mang tên Góa phụ áo đen (black widow) khiến chất Ach được liên tục tiết ra làm các cơ không ngừng co thắt, hậu quả là nạn nhân chết vì ngạt thở do co cơ hô hấp. Chất ACh cũng liên quan đến thuốc độc curare mà dân da đỏ ở Nam Mỹ bôi vào đầu các ngọn giáo đi săn thú. Curare ngăn không cho chất ACh đến các tế bào thụ thể, dẫn đến tê liệt các cơ khung xương (skeletal muscle) và cuối cùng là nạn nhân tử vong vì ngạt thở do liệt cơ hô hấp. Về mặt tích cực, việc nghiên cứu chất ACh giúp hiểu rõ hơn những tình trạng bệnh lý như bệnh nhược cơ (myasthenia gravis) khiến người bệnh mất dần việc kiểm soát hoạt động của các cơ. Đặc biệt, nhiều phương pháp điều trị đã được đề ra, trong đó các thuốc được cho để ngăn cơ thể phân hủy chất ACh, kết quả là cơ thể có trở lại chất Ach để phục hồi việc dẫn truyền các xung động thần kinh qua các xy–náp, và từ đó dẫn đến việc phục hồi kiểm soát hoạt động của các cơ. Một số nhà tâm lý học hiện nay cho rằng bệnh Alzheimer, một rối loạn gây thoái hóa tiến triển và cuối cùng dẫn đến mất trí nhớ (loss of memory), lơ mơ (confusion), và thay đổi cá tính (personality), gắn liền với việc cơ thể sản xuất chất ACh. Các chứng cứ ngày càng cho thấy chất ACh liên hệ chặt chẽ đến khả năng ghi nhớ, và hiện nay một số công trình nghiên cứu cho thấy bệnh nhân bị Alzheimer có tình trạng giảm sản xuất chất ACh ở một số vùng trong não của họ. Nếu các công trình nghiên cứu này được kiểm chứng là chính xác, chúng có thể dẫn đến các liệu pháp giúp phục hồi sản xuất ACh.

Gamma–amino butyric acid (GABA) là một chất dẫn truyền thần kinh quan trọng khác chất GABA, được tìm thấy ở não bộ và tủy sống, dường như là chất dẫn truyền tín hiệu ức chế nguyên thủy của hệ thần kinh. Nó điều tiết một số hành vi khác nhau, từ ăn đến gây hấn. Độc tố gây tử vong, Strychnine, gây co giật bằng cách cắt đứt dẫn truyền GABA qua các xy–náp. Strychnine ngăn không cho GABA có tác động ức chế, dẫn tới việc nơron được tự do khởi động, do đó gây ra cơn co giật. Trái lại, một vài chất thông thường, thí dụ thuốc an thần Valium và rượu, lại có hiệu quả cắt đứt co giật vì chúng giúp GABA hoạt động hiệu quả hơn.

Một chất dẫn truyền thần kinh quan trọng khác là dopamine (DA) có tác động ức chế một số thể loại nơron và kích thích một số thể loại khác, thí dụ như nơron ở tim. Việc phát hiện một số thuốc có tác dụng rõ rệt đối với việc phóng thích DA đã dẫn đến việc đề ra các biện pháp chữa trị hữu hiệu rất nhiều chứng bệnh về thể xác và tâm thần. Thí dụ như bệnh Parkinson, được đặc trưng bởi nhiều mức độ co cứng cơ và run rẩy và có lẽ do thiếu DA trong não bộ. Các thuốc kích thích não sản xuất chất DA đã được tìm ra, và ở nhiều bệnh nhân các thuốc này cho thấy có hiệu quả rất cao trong việc giảm bớt các triệu chứng bệnh Parkinson. Ở bệnh nhân bị Parkinson nặng, việc sản xuất ra DA được kích thích bởi việc cấy ghép một số bộ phận cơ thể vào não bộ.

Các nhà nghiên cứu cũng đã nêu giả thuyết cho rằng chứng tâm thần phân liệt (schizophrenia) và một số rối loạn tâm thần khác bị ảnh hưởng bởi hoặc ngay cả có lẽ bị gây ra bởi tình trạng sản sinh dư thừa DA. Các loại thuốc chẹn việc tiếp nhận DA đã thành công trong việc giảm bớt các hành vi bất thường được thấy ở một số người có chẩn đoán là mắc bệnh tâm thần phân liệt, như chúng ta sẽ xem xét sâu hơn khi nghiên cứu về hành vi bất thường (abnormal behavior) và biện pháp điều trị chứng này ở các chương 12 và 13.

Trong một số trường hợp, việc sản xuất các chất dẫn truyền thần kinh có thể bị ảnh hưởng bởi thói quen, các sinh hoạt thường nhật. Ta thử xem xét trường hợp sau đây:

Trừ những lúc chạy jogging, thời gian còn lại David Bartlett là một người trầm lặng, không có tính khoa trương. Hầu hết mọi người quen biết anh ta đều cho rằng anh là mẫu người sống nội tâm. Nhưng mỗi khi chạy bộ xong, người ta thấy con người anh dường như thay đổi. Cứ chạy xong được khoảng đường dài cỡ 5 hoặc 6 dặm mà anh ta tự lên kế hoạch, David lại trở nên phấn khích, vui vẻ – thậm chí đôi khi còn cảm thấy hưng phấn – và nói huyên thuyên. Bất cứ ai gặp David sau buổi chạy cũng đều nhận thấy sự thay đổi này. Trên thực tế, một số bạn David đã nói đùa về hiện tượng này khi bảo rằng anh ta có hành vi giống như “phê” một thứ gì đó trong khi anh ta đang chạy.

Điều gì đã xảy ra cho David Bartlett khi anh đang chạy logging? Lời giải thích hợp lý nhất liên quan đến một chất dẫn truyền thần kinh đặc hiệu gọi là endorphin. Các endorphin là những hóa chất do cơ thể sản xuất, chúng tương tác với một nơron biệt hóa được gọi là thụ thể nhận các chất thuộc họ thuốc phiện (opiate receptor). Thụ thể các chất thuộc họ thuốc phiện tác động làm giảm đau, và trên thực tế nhiều loại thuốc giảm đau, thí dụ như morphine, được sử dụng nhằm kích hoạt các thụ thể này. Endorphin là một loại morphine “tự nhiên” do cơ thể sản xuất để giảm đau. Thí dụ như nhiều người bị các chứng bệnh gây đau đớn kéo dài và trầm trọng thường có nồng độ endorphin tăng cao trong não bộ của họ, điều này gợi ý rằng cơ thể họ đang cố gắng tự giảm đau.

Endorphin giống như morphine và các chất khác cũng thuộc họ thuốc phiện còn tác động khác ngoài tác động giảm đau. Các chất này có thể tạo cảm giác hưng phấn mà David Bartlett đã có được sau một lần chạy jogging. Có lẽ khối lượng bài tập thể dục và nhất là các cơ bị nhức mỏi sau buổi chạy jogging đã kích thích cơ thể Bartlett sản xuất endorphin – dẫn tới tình trạng được gọi là “cơn phê của người chạy bộ” (runner's high).

Sự phóng thích endorphin cũng có thể giải thích các hiện tượng khác bao lâu nay đã khiến các nhà tâm lý học thắc mắc, thí dụ như các lý do khiến thủ thuật châm cứu (acupuncture) và các giả dược (placebos)– tức các viên không thật sự chứa dược phẩm nhưng được cho bệnh nhân để khiến họ tưởng là mình đã khỏe hơn nhờ dùng các viên ấy – đôi khi có hiệu quả giảm đau. Một số nhà tâm lý sinh học phỏng đoán rằng thủ thuật châm cứu cũng như các placebos gây ra hiện tượng phóng thích endorphin. Rồi các endorphin lại gây ra trạng thái thể xác hưng phấn.

Công trình nghiên cứu về endorphin và các chất dẫn truyền thần kinh khác cũng có thể giúp cho các nhà tâm lý sinh học tìm ra được các loại thuốc giảm đau mới có hiệu quả hơn. Thí dụ như các nhà nghiên cứu chất dẫn truyền thần kinh đã có khả năng nhận diện ra tế bào thần kinh đóng vai trò thụ thể đối với thành phần hoạt tính có trong cần sa (marijuana). Khám phá này có thể lót đường cho việc bào chế các thuốc có các tác động có lợi của cần sa như giảm đau, trị suyễn, và buồn nôn – mà không gây bất kỳ triệu chứng thứ phát nào của ngộ độc cần sa.

III. HỆ THẦN KINH

Một khi đã biết được bản chất phức tạp của nơron và các tiến trình dẫn truyền thần kinh, thì không còn gì phải ngạc nhiên về việc các cấu trúc do nơron hình thành cũng sẽ phức tạp như các nơron. Tuy nhiên, hệ thần kinh của loài người hội đủ cả tính hợp lý lẫn tinh tế.

1. Cấu trúc mạng thần kinh

Các nơron nối liền với nhau thông qua các mạng thần kinh (neural networks), tức là các nhóm cầu nối thông tin có tổ chức. Mối liên kết giữa các nơron cho phép luồng thông tin di chuyển qua các khoảng cách trải dài khắp cơ thể. Ngoài ra các mạng thần kinh còn làm một việc khác nữa: chúng giúp hệ thần kinh cải tiến (modify), thanh lọc (filter), và phân tích (sift) thông tin trong khi thông tin được chuyển đến và đi khỏi não bộ.

Công trình nghiên cứu các mạng thần kinh này đã dẫn đến một ngành công nghệ khoa học mới mang tên “Thần kinh điện toán” (Computational neuroscience) bao quát ngành Tâm lý sinh học (biopsychology) và ngành Tâm lý nhận thức (cognitive psychology). Các nhà nghiên cứu thuộc khoa thần kinh điện toán, với mục tiêu nhận diện các mô hình mạng lưới thần kinh để từ đó mô phỏng chúng trên điện toán, đã thấy phần lớn các mạng rơi vào một trong những dạng mạch đơn giản được trình bày ở Hình 2–7.

Hình 2–7: Các dạng chủ yếu của mạng lưới thần kinh liên kết các nhóm nơron với nhau. Mỗi chữ cái biểu thị một loại nơron.

Ở các mạch trực tuyến (linear circuit), nơron thứ nhất chuyển tín hiệu đến nơron thứ hai, nơron thứ hai chuyển tín hiệu đến nơron thứ ba, và cứ thế các nơron chuyển tín hiệu cho nhau như các mắt xích tiếp nối nhau trong một sợi dây chuyền. Lợi điểm của các mạch trực tuyến là chúng cho phép việc dẫn truyền các xung điện thần kinh trên những đoạn đường tương đối dài trong hệ thần kinh. Nhưng cũng giống như sợi dây chuyền, mạch trực tuyến có độ bền chắc chỉ bằng chỗ nối yếu nhất của nó, có nghĩa là một chấn thương hoặc một bệnh xảy ra ở bất kỳ một nơi nào trên mạng cũng có thể đặt toàn bộ hệ thống mạng vào tình trạng có nguy cơ bị hủy hoại.

Ở một mức độ phức tạp hơn, các nơron kết nối với nhau theo các hệ thống cấp bậc trên dưới. Các mạch đa nguồn/ hội tụ (multiple source/ convergent circuit) chuyển thông tin từ nhiều nơron đến một nơron duy nhất. Thông tin được chuyển đến nơron tiếp nhận duy nhất này có thể căn bản là kích thích, ức chế, hoặc phối hợp cả hai loại. Như chúng ta đã biết ở phần trên, nơron tiếp nhận sẽ khởi động (và hậu quả là chuyển thông tin đến một nơron khác) hay không khởi động tùy thuộc vào tỷ lệ chiếm ưu thế của loại tín hiệu kích thích hay ức chế mà nó nhận được.

Thể loại mạch phân cấp thứ bậc khác là mạch độc nguồn/ phân kỳ (single source/ divergent circuit). Mạch này gồm các mạng lưới trong đó một nơron nguồn duy nhất chuyển tín hiệu đến một số rất lớn nơron tiếp nhận. Bởi vì các mạch này thường cùng một lúc ảnh hưởng đến nhiều loại nơron khác nhau, nên chúng hoạt động tương tự như một nhạc trưởng. Cũng giống như một nhạc trưởng, nơron nguồn chỉ huy việc phối hợp (coordination) và tiếp hợp (integration) các tín hiệu truyền đi xuyên suốt các sợi thần kinh.

Những thể loại căn bản này của mạng thần kinh đã hình thành một con số đáng kinh ngạc của các kết nối thần kinh. Bởi vì chỉ cần có một nơron đã có thể tạo kết nối với 80.000 nơron khác, nên tổng số các kết nối có thể có lớn đến mức gây kinh ngạc. Một số các ước tính về số lượng các kết nối thần kinh trong não bộ đã cho con số lên tới khoảng một quadrillon–tức con số 1 được tiếp nối bởi 15 số 0 (10¹⁵), một số chuyên gia khác còn cho là số lượng các kết nối có thể còn cao hơn nữa.

Hình 2–8: Biểu đồ các mối liên hệ giữa các bộ phận của hệ thần kinh

Hình 2–9: Hệ thần kinh trung ương bao gồm não bộ và tuỷ sống

Thật khó mà hiểu được có thể có con số lớn đến vậy. Thực ra, khả năng vẽ chính xác một bản đồ mạng lưới thần kinh của não bộ hiện nay còn ở giai đoạn tương đối sơ bộ, tuy nhiên bản đồ này đang nhanh chóng được hoàn thiện.

2. Hệ thần kinh trung ương và ngoại biên

Như các bạn thấy ở Hình 2–8, hệ thần kinh (nervous system) gồm hai phần chính: hệ thần kinh trung ương và hệ thần kinh ngoại biên. Hệ thần kinh trung ương (central nervous system–CNS) bao gồm não bộ vã tủy sống.

Tủy sống (spinal cord) là một bó sợi thần kinh, lớn khoảng bằng cây viết chì, xuất phát từ não bộ và chạy dọc xuống hết chiều dài của lưng (xem Hình 2–9). Nó là phương tiện chủ yếu để chuyển các tín hiệu giữa não bộ và cơ thể. Một số hành vi đơn giản được tổ chức hoàn toàn trong tủy sống. Một thí dụ thường thấy là phản xạ đầu gối – tức đầu gối nảy lên khi bị gõ bởi búa cao su tìm phản xạ. Các hành vi này được gọi là phản xạ (reflexes), và biểu thị các đáp ứng không chủ ý (ngoại ý), tức không do não chỉ huy, đối với một kích thích, nói cách khác phản xạ được coi như là kích thích được “phản ánh” (reflected) ra bên ngoài cơ thể. Một thí dụ khác của phản xạ là tay rụt lại ngay khi chạm phải bếp nóng. Mặc dù trong thời gian sau đó não bộ sẽ phân tích cảm giác đau, những cử động rụt tay về ngay lúc ban đầu được điều khiển đơn thuần bởi các nơron của tủy sống. Có 3 thể loại nơron liên quan đến việc hình thành cung phản xạ: nơron cảm giác/ nơron đến (sensory/ afferent neuron) dẫn truyền thông tin từ ngoại vi cơ thể đến hệ thần kinh trung ương; nơron vận động/ nơron đi (motor/ efferent neuron) dẫn truyền thông tin từ hệ thần kinh đến các cơ và các tuyến trong cơ thể, và nơron trung gian (interneuron) kết nối nơron cảm giác với nơron vận động và dẫn truyền tín hiệu giữa hai thể loại nơron này.

Tầm quan trọng của tủy sống và phản xạ được minh họa bởi hậu quả của các tai nạn làm tổn thương hoặc đứt tủy sóng. Một trong các hậu quả đó, chứng liệt hai chi dưới (paraplegia), khiến người bệnh không thể tự ý vận động bất kỳ cơ nào ở nửa dưới của cơ thể. Tuy nhiên, ngay cả trong trường hợp tủy sống bị đứt, vùng không bị tổn thương của tủy sống vẫn còn khả năng tạo ra một số phản xạ đơn giản. Thí dụ, nếu đầu gối của người bị liệt hai chi dưới được gõ nhẹ, cẳng chân của người ấy sẽ nẩy nhẹ ra phía trước. Tương tự, trong một số trường hợp chấn thương tủy sống người bệnh vốn có thể cử động chân như một đáp ứng không tự ý (ngoại ý) với một kích thích như châm kim (pinprick) cho dù người bệnh đã mất cảm giác đau.

Tủy sống cũng liên quan đến các chức năng sinh học cơ bản khác. Thí dụ như khi bộ phận sinh dục một người bệnh nam liệt hai chi dưới bị kích thích, thì người bệnh vẫn có thể cương dương và xuất tinh. Tuy nhiên, vì tủy sống bị tổn thương nên người bị liệt hai chi dưới sẽ bị mất các cảm giác bình thường có trong sinh hoạt tình dục.

Như tên gọi, hệ thần kinh ngoại biên (peripheral nervous system) phân nhánh ra từ tủy sống và não bộ, hệ này nối dài đến các nơi xa nhất trong cơ thể. Được cấu tạo bởi các sợi trục dài và đuôi gai, hệ thần kinh ngoại biên bao phủ tất cả các bộ phận của hệ thần kinh ngoại trừ não bộ và tủy sống. Có hai bộ phận chính: phân hệ thần kinh cơ thể (somatic division) và phân hệ thần kinh tự động (autonomic division), cả hai đều có nhiệm vụ kết nối hệ thần kinh trung ương với các giác quan, các cơ, các tuyến, và các cơ quan khác. Phân hệ thần kinh cơ thể chuyên điều khiển các vận động tự ý (voluntary movement) – thí dụ như chuyển động cặp mắt để đọc dòng chữ hoặc cử động bàn tay lật trang sách – và việc dẫn truyền thông tin đến và ra khỏi các giác quan. Trái lại, phân hệ thần kinh tự động liên quan đến các bộ phận sinh tồn của cơ thể – tim, mạch, các tuyến, phổi, và các cơ quan khác có hoạt động không tự ý (involuntary) không cần đến nhận thức của chúng ta. Thí dụ như trong lúc bạn đang đọc sách, phân hệ tự động thuộc hệ thần kinh ngoại biên kiểm soát tim bơm máu đi khắp cơ thể bạn, thúc đẩy hai buồng phổi bạn thở ra và hít vào, điều hành hệ tiêu hóa chuyển hóa các thực phẩm mà bạn đã ăn cách đây vài giờ, v.v... và hoàn toàn không cần bạn suy nghĩ hay quan tâm đến các việc vừa kể.