Co je to sled akčních potenciálů?

Vlak nebo řetězec akčních potenciálů (spike vlak v angličtině) je sekvence časových záznamů, ve kterých neuron vysílá elektrické signály nebo nervové impulsy. Tato konkrétní forma komunikace mezi neurony je předmětem zájmu a studia neurovědecké komunity, ačkoli mnoho odpovědí zbývá zodpovědět.

V tomto článku uvidíme, jaké jsou tyto vlaky akčních potenciálů, jaká je jejich délka a struktura, v čem sestává z konceptu neurálního kódování a jakého stavu výzkumu je v současnosti v tomto předmět.

• Související článek: "Typy neuronů: vlastnosti a funkce"

Co je to sled akčních potenciálů?

Abychom pochopili, co jsou vlaky akčního potenciálu, podívejme se nejprve, z čeho se akční potenciál skládá.

Náš mozek obsahuje asi sto miliard neuronů neustále vysílá signály, aby spolu navzájem komunikovaly. Tyto signály jsou elektrochemické povahy a cestují z buněčného těla neuronu přes jeho axon nebo neurit k dalšímu neuronu.

Každý z těchto elektrických signálů nebo impulsů je znám jako akční potenciál. Akční potenciály se vyskytují v reakci na podněty nebo spontánně, a

každý výstřel obvykle trvá 1 milisekundu.

Vlna akčních potenciálů je jednoduše kombinovaná sekvence střelby a nestřílení. Pro snazší pochopení: představme si digitální posloupnost nul a jedniček, jako ve dvojkové soustavě; přiřadili bychom 1 pro cestu a 0 pro žádnou cestu. V takovém případě lze sled akčních potenciálů zakódovat jako číselnou sekvenci, jako například: 00111100. První dvě nuly by představovaly dobu latence mezi prezentací podnětu a prvním výstřelem nebo akčním potenciálem.

Vlaky akčního potenciálu mohou být generovány přímým smyslovým vstupem ze zraku, doteku, zvuku nebo čichu; a mohou být také vyvolány abstraktními podněty spouštěnými použitím kognitivních procesů, jako je paměť (např. vyvoláním vzpomínek).

• Mohlo by vás zajímat: "Akční potenciál: co to je a jaké jsou jeho fáze?"

trvání a strukturu

Trvání a struktura sledu akčních potenciálů obecně závisí na intenzitě a trvání podnětu. Tyto typy akčních potenciálů obvykle trvají a zůstávají „zapnuty“ tak dlouho, dokud je podnět přítomen.

Některé neurony však mají speciální elektrické vlastnosti, které způsobují, že produkují trvalou reakci na velmi krátký podnět. U tohoto typu neuronů mají podněty větší intenzity tendenci vyvolávat delší sledy akčních potenciálů..

Když jsou akční potenciály opakovaně zaznamenávány z neuronu v reakci na podněty mění (nebo když organismus generuje odlišné chování), mají tendenci udržovat relativní stabilní. Vzorec palby každého sledu akčních potenciálů se však mění podle toho, jak se mění stimul; Obecně platí, že rychlost střelby (rychlost střelby) se mění v závislosti na různých podmínkách.

neurální kódování

vlaky s akčním potenciálem byly a nadále jsou předmětem zájmu neurovědecké komunity, vzhledem k jeho zvláštnostem. Mnoho výzkumníků se ve svých studiích snaží zjistit, jaký druh informace je v těchto akčních potenciálech zakódován a jak jsou neurony schopny je dekódovat.

Neuronové kódování je oblast neurovědy, která studuje, jak jsou senzorické informace reprezentovány v našem mozku pomocí neuronových sítí. Výzkumníci se často setkávají s velkými potížemi při rozluštění vlaků akčního potenciálu.

Je obtížné si představit sled akčních potenciálů jako čistě binární výstupní zařízení.. Neurony mají minimální aktivační práh a vystřelí pouze tehdy, je-li intenzita podnětu nad tímto prahem. Pokud je prezentován konstantní stimul, bude generován sled akčních potenciálů. Aktivační práh se však časem zvýší.

To druhé, čemu se říká smyslová adaptace, ano výsledek procesů, jako je synaptická desenzibilizace, snížení odezvy na konstantní stimul produkovaný na synapsi (chemické spojení mezi dvěma neurony).

Tento výsledek povede ke snížení palby spojené s podnětem, která se nakonec sníží na nulu. uvedený proces pomáhá mozku nepřetěžovat se informacemi z okolí, které zůstávají nezměněny. Například když po chvíli přestaneme cítit parfém, který jsme použili, nebo když se přizpůsobíme hluku v pozadí, který nás zpočátku ruší.

Nedávný výzkum

Jak již víme, neurony komunikují prostřednictvím generování akčních potenciálů, které jsou se může šířit z jednoho neuronu (vysílajícího nebo presynaptického) na druhý (přijímací nebo postsynaptický) synapse. Když tedy presynaptický neuron generuje akční potenciál, postsynaptický neuron je schopen jej přijmout a vygenerovat reakci, která nakonec může v tomto případě vytvořit nový akční potenciál postsynaptické.

Různé sekvence nebo sledy presynaptických akčních potenciálů obecně produkují různé řetězce postsynaptických akčních potenciálů. Je to kvůli tomu neurovědecká komunita věří, že existuje „neurální kód“ spojený s načasováním akčních potenciálů; to znamená, že stejný neuron by mohl používat několik různých sekvencí akčních potenciálů ke kódování různých typů informací.

Na druhou stranu, elektrická aktivita neuronu je obvykle jistě proměnnáa jen zřídka je zcela determinován podnětem. Před po sobě jdoucím opakováním stejného stimulu bude neuron pokaždé reagovat jiným řetězcem akčních potenciálů. Vědci zatím nebyli schopni charakterizovat reakci neuronů na podněty, ani nebyli schopni jasně určit, jak jsou informace zakódovány.

Doposud se myslelo, že všechny informace uložené ve sledu akčních potenciálů byly zakódovány v jeho frekvenci; tedy v počtu akčních potenciálů, které se vyskytují za jednotku času. V posledních letech se však zkoumá možnost, že přesné okamžiky, ve kterých se každý akční potenciál vyskytuje, mohou obsahovat kritické informace a dokonce "neurální podpis"; tedy jakýsi časový vzorec, který by umožnil identifikovat emitující neuron.

Nejnovější výzkumy ukazují na návrh nové metody, která by umožnila charakterizovat a řetězec akčních potenciálů založený na časech každého z akčních potenciálů stejný. Použitím tohoto postupu by bylo možné porovnat různé sekvence a určit, které akční potenciály jsou ekvivalentní v každém z řetězců. A s těmi informacemi, lze vypočítat statistické rozdělení, které následuje po každém akčním potenciálu v hypotetickém „ideálním sledu“..

Tento ideální sled akčních potenciálů by představoval společný vzorec, jehož každý ze skutečných vlaků je pouze konkrétní realizací. Po charakterizaci by bylo možné vědět, zda by nový řetězec akčních potenciálů mohl odpovídat distribuci nebo ne, a tedy vědět, zda kóduje stejnou informaci. Tento koncept ideálního vlaku by mohl mít zajímavé důsledky pro studium a interpretaci neurálního kódu, stejně jako pro posílení teorie neurálních signatur.

Bibliografické odkazy:

• Strong, S.P., Koberle, R., de Ruyter van Steveninck. R.R., Bialek, W. (1998). Entropie a informace v nervových spike trainech. Phys Rev Lett; 80:pp. 197 - 200.