Какво е влак от потенциали за действие?

Влак или верига от потенциали за действие (шипове влак на английски) е поредица от времеви записи, в които неврон изстрелва електрически сигнали или нервни импулси. Тази конкретна форма на комуникация между невроните е обект на интерес и изследване от невронаучната общност, въпреки че много отговори остават за намиране.

В тази статия ще видим какви са тези поредици от потенциали за действие, каква е тяхната продължителност и структура, в какво се състои от концепцията за невронно кодиране и състоянието на изследванията в момента предмет.

• Свързана статия: "Видове неврони: характеристики и функции"

Какво е влак от потенциали за действие?

За да разберем какво представляват влаковете с потенциал за действие, нека първо да разгледаме от какво се състои потенциалът за действие.

Нашите мозъци съдържат около стотици милиарди неврони, изстрелващи сигнали, за да комуникират помежду си постоянно. Тези сигнали са електрохимични по природа и преминават от клетъчното тяло на неврона, през неговия аксон или неврит, до следващия неврон.

Всеки от тези електрически сигнали или импулси е известен като потенциал за действие. Потенциалите за действие възникват в отговор на стимули или спонтанно и всеки изстрел обикновено продължава 1 милисекунда.

Поредица от потенциали за действие е просто комбинирана последователност от активиране и неактивиране. За по-лесно разбиране: нека си представим цифрова последователност от нули и единици, като в двоична система; бихме присвоили 1 за пътуването и 0 за липсата на пътуване. В този случай поредица от потенциали за действие може да бъде кодирана като числова последователност, като например: 00111100. Първите две нули биха представлявали времето на латентност между представянето на стимула и първото изстрелване или потенциал за действие.

Влаковете с потенциал за действие могат да бъдат генерирани чрез директен сензорен вход от зрението, докосването, звука или обонянието; и те също могат да бъдат предизвикани от абстрактни стимули, предизвикани от използването на когнитивни процеси като памет (чрез предизвикване на спомени, например).

• Може да се интересувате от: "Потенциал за действие: какво е това и какви са неговите фази?"

продължителност и структура

Продължителността и структурата на поредица от потенциали за действие обикновено зависят от интензивността и продължителността на стимула. Тези типове потенциали за действие обикновено продължават и остават „включени“ толкова дълго, колкото е налице стимулът.

Някои неврони обаче имат специални електрически свойства, които ги карат да произвеждат продължителен отговор на много кратък стимул. При този тип неврони стимулите с по-голяма интензивност са склонни да провокират по-дълги поредици от потенциали за действие..

Когато потенциалите за действие се записват многократно от неврон в отговор на стимули променяйки се (или когато един организъм генерира различни поведения), те са склонни да поддържат относително стабилен. Обаче, моделът на задействане на всеки влак от потенциали за действие варира в зависимост от промяната на стимула; Обикновено скоростта, с която се произвеждат изстрели (скорост на стрелба), се променя в зависимост от различните условия.

невронно кодиране

влакове с потенциал за действие са били и продължават да представляват интерес за невронаучната общност, предвид неговите особености. Много изследователи се опитват да открият в своите проучвания какъв вид информация е кодирана в тези потенциали за действие и как невроните могат да я декодират.

Невронното кодиране е област на невронауката, която изучава как сензорната информация се представя в нашия мозък посредством невронни мрежи. Изследователите често се сблъскват с големи затруднения, опитвайки се да дешифрират влакове с потенциал за действие.

Трудно е да се мисли за поредица от потенциали за действие като за чисто двоично изходно устройство.. Невроните имат минимален праг на активиране и се активират само ако интензитетът на стимула е над този праг. Ако се представи постоянен стимул, ще се генерира поредица от потенциали за действие. Въпреки това, прагът на активиране ще се увеличи с времето.

Последното, което се нарича сензорна адаптация, е резултат от процеси като синаптична десенсибилизация, намаляване на отговора на постоянния стимул, произведен в синапса (химическата връзка между два неврона).

Този резултат ще доведе до намаляване на задействането, свързано със стимула, което в крайна сметка ще намалее до нула. споменатия процес помага на мозъка да не се претоварва с информация от околната среда, която остава непроменена. Например, когато след известно време спрем да усещаме парфюма, който сме нанесли, или когато се адаптираме към фонов шум, който първоначално ни смущава.

Скорошни проучвания

Както вече знаем, невроните комуникират чрез генериране на потенциали за действие, които са може да се разпространи от един неврон (изпращащ или пресинаптичен) към друг (получаващ или постсинаптичен) през синапс. По този начин, когато пресинаптичният неврон генерира потенциал за действие, постсинаптичният неврон е в състояние да го приеме и генерира отговор, който в крайна сметка може да произведе нов потенциал за действие, в този случай постсинаптичен.

Различни последователности или поредици от пресинаптични потенциали за действие обикновено произвеждат различни вериги от постсинаптични потенциали за действие. Това е така невронаучната общност вярва, че има "невронен код", свързан с времето на потенциалите за действие; тоест, че един и същ неврон може да използва няколко различни последователности от потенциали за действие, за да кодира, от своя страна, различни видове информация.

От друга страна, електрическата активност на неврона обикновено е променливаи рядко се определя изцяло от стимула. Преди последователни повторения на същия стимул, невронът ще реагира всеки път с различна верига от потенциали за действие. Досега изследователите не са успели да характеризират реакцията на невроните към стимули, нито са успели ясно да определят как се кодира информацията.

Това, което се смяташе досега, е, че цялата информация, съхранявана в поредица от потенциали за действие, е кодирана в нейната честота; тоест в броя на потенциалите за действие, които се появяват за единица време. Но през последните години се проучва възможността точните моменти, в които възниква всеки потенциал за действие, да съдържат критична информация и дори „невронен подпис“; това е един вид времеви модел, който би позволил излъчващият неврон да бъде идентифициран.

Най-новите изследвания сочат дизайна на нов метод, който би позволил характеризиране на a верига от потенциали за действие въз основа на времената на всеки от потенциалите за действие на един и същ. Чрез прилагането на тази процедура би било възможно да се подредят различните последователности и да се определи кои потенциали за действие са еквивалентни във всяка от веригите. И с тази информация, може да се изчисли статистическото разпределение, което следва всеки потенциал за действие в хипотетичен „идеален влак“..

Тази идеална поредица от потенциали за действие би представлявала общия модел, на който всеки от действителните поредици е само конкретна реализация. Веднъж характеризирана, би било възможно да се знае дали нова верига от потенциали за действие може да пасне на разпределението или не и следователно да се знае дали кодира същата информация. Тази концепция за идеалния влак може да има интересни последици за изследването и интерпретацията на невронния код, както и за укрепване на теорията за невронните сигнатури.

Библиографски справки:

• Strong, S.P., Koberle, R., de Ruyter van Steveninck. Р.Р., Бялек, В. (1998). Ентропия и информация в нервни пикови влакове. Phys Rev Lett; 80:pp. 197 - 200.