Hvad er et tog af aktionspotentialer?

Et tog eller en kæde af handlingspotentialer (spidstog på engelsk) er en sekvens af tidsregistreringer, hvor en neuron affyrer elektriske signaler eller nerveimpulser. Denne særlige form for kommunikation mellem neuroner er genstand for interesse og undersøgelse af det neurovidenskabelige samfund, selvom mange svar mangler at blive besvaret.

I denne artikel vil vi se, hvad disse tog af handlingspotentialer er, hvad er deres varighed og struktur, i hvad består af begrebet neural kodning, og hvilken forskningstilstand der er i øjeblikket i dette emne.

• Relateret artikel: "Typer af neuroner: egenskaber og funktioner"

Hvad er et tog af aktionspotentialer?

For at forstå, hvad aktionspotentiale tog er, lad os først se på, hvad et aktionspotentiale består af.

Vores hjerner indeholder ca hundrede milliarder neuroner affyrer signaler for konstant at kommunikere med hinanden. Disse signaler er af elektrokemisk natur og bevæger sig fra en neurons cellelegeme gennem dens axon eller neurit til den næste neuron.

Hver af disse elektriske signaler eller impulser er kendt som et aktionspotentiale. Aktionspotentialer opstår som reaktion på stimuli eller spontant, og hvert skud varer typisk 1 millisekund.

Et tog af aktionspotentialer er simpelthen en kombineret sekvens af affyring og ikke-affyring. For at gøre det nemmere at forstå: Lad os forestille os en digital sekvens af nuller og ettaller, som i et binært system; vi vil tildele et 1 for turen og et 0 for ingen tur. I så fald kunne et aktionspotentialrække indkodes som en numerisk sekvens, såsom: 00111100. De første to nuller vil repræsentere latenstiden mellem præsentationen af ​​stimulus og den første affyring eller aktionspotentiale.

Aktionspotentiale tog kan genereres gennem direkte sensoriske input fra syn, berøring, lyd eller lugt; og de kan også induceres af abstrakte stimuli udløst af brugen af ​​kognitive processer såsom hukommelse (ved at fremkalde minder f.eks.).

• Du kan være interesseret i: "Handlingspotentiale: hvad er det, og hvad er dets faser?"

varighed og struktur

Varigheden og strukturen af ​​et tog af aktionspotentialer afhænger generelt af stimulusens intensitet og varighed. Disse typer aktionspotentialer varer normalt og forbliver "på" så længe stimulus er til stede.

Men nogle neuroner har specielle elektriske egenskaber, der får dem til at producere en vedvarende reaktion på en meget kort stimulus. I denne type neuroner har stimuli af større intensitet en tendens til at fremkalde længere aktionspotentialer..

Når aktionspotentialer gentagne gange registreres fra en neuron som reaktion på stimuli ændres (eller når en organisme genererer forskellig adfærd), har de en tendens til at opretholde en relativt stabil. Imidlertid varierer affyringsmønsteret for hvert tog af aktionspotentialer, efterhånden som stimulus ændres; Generelt ændres hastigheden, hvormed skud affyres (skudhastigheden), afhængigt af forskellige forhold.

neural kodning

aktionspotentiale tog har været og fortsætter med at være af interesse for det neurovidenskabelige samfundi betragtning af dets særegenheder. Mange forskere forsøger i deres undersøgelser at finde ud af, hvilken slags information der er kodet i disse aktionspotentialer, og hvordan neuroner er i stand til at afkode det.

Neural kodning er et felt inden for neurovidenskab, der studerer, hvordan sensorisk information er repræsenteret i vores hjerne ved hjælp af neurale netværk. Forskere støder ofte på store problemer med at forsøge at tyde aktionspotentiale tog.

Det er svært at tænke på en række af aktionspotentialer som værende en rent binær outputenhed.. Neuroner har en minimumsaktiveringstærskel og affyrer kun, hvis intensiteten af ​​stimulus er over denne tærskel. Hvis der præsenteres en konstant stimulus, vil et tog af aktionspotentialer blive genereret. Aktiveringstærsklen vil dog stige over tid.

Det sidste, som er det, man kalder sansetilpasning, er resultatet af processer såsom synaptisk desensibilisering, et fald i responsen på den konstante stimulus produceret ved synapsen (den kemiske forbindelse mellem to neuroner).

Dette resultat vil føre til en reduktion i affyringen forbundet med stimulus, som til sidst vil falde til nul. nævnte proces hjælper hjernen til ikke at blive overbelastet med information fra omgivelserne, der forbliver uændret. For eksempel når vi efter et stykke tid holder op med at lugte den parfume, vi har påført, eller når vi tilpasser os en baggrundsstøj, der i starten forstyrrer os.

Nyere forskning

Som vi allerede ved, kommunikerer neuroner gennem generering af handlingspotentialer, som er kan spredes fra en neuron (sende eller præsynaptisk) til en anden (modtage eller postsynaptisk) gennem synapse. Når den præsynaptiske neuron genererer aktionspotentialet, er den postsynaptiske neuron således i stand til at modtage det og generere en respons, der i sidste ende kan frembringe et nyt handlingspotentiale, i dette tilfælde postsynaptisk.

Forskellige sekvenser eller tog af præsynaptiske aktionspotentialer producerer generelt forskellige kæder af postsynaptiske aktionspotentialer. Det er på grund af det det neurovidenskabelige samfund mener, at der er en "neural kode" forbundet med timingen af ​​handlingspotentialer; det vil sige, at den samme neuron kunne bruge flere forskellige sekvenser af aktionspotentialer til på sin side at kode for forskellige typer information.

På den anden side, den elektriske aktivitet af en neuron er normalt bestemt variabel, og er sjældent helt bestemt af stimulus. Før successive gentagelser af den samme stimulus, vil neuronen reagere hver gang med en anden kæde af aktionspotentialer. Hidtil har forskere ikke været i stand til at karakterisere neuronernes reaktion på stimuli, og de har heller ikke været i stand til klart at bestemme, hvordan information er kodet.

Hvad man hidtil havde tænkt er, at al information, der er lagret i en række af aktionspotentialer, var kodet i sin frekvens; altså i antallet af aktionspotentialer, der opstår pr. tidsenhed. Men i de senere år undersøges muligheden for, at de præcise øjeblikke, hvor hvert aktionspotentiale opstår, kan indeholde kritisk information og endda en "neural signatur"; det vil sige en slags tidsmæssigt mønster, der ville gøre det muligt at identificere den emitterende neuron.

De seneste undersøgelser peger på designet af en ny metode, der ville gøre det muligt at karakterisere en kæde af aktionspotentialer baseret på tidspunkterne for hver af aktionspotentialerne samme. Ved at anvende denne procedure ville det være muligt at justere de forskellige sekvenser og bestemme, hvilke aktionspotentialer der er ækvivalente i hver af kæderne. Og med den information, den statistiske fordeling, der følger hvert aktionspotentiale i et hypotetisk "ideelt tog", kunne beregnes.

Det ideelle tog af aktionspotentialer ville repræsentere det fælles mønster, som hvert af de faktiske tog kun er en konkret realisering af. Når det først er karakteriseret, ville det være muligt at vide, om en ny kæde af aktionspotentialer kunne passe til fordelingen eller ej, og derfor vide, om den koder for den samme information. Dette koncept om det ideelle tog kunne have interessante implikationer for studiet og fortolkningen af ​​den neurale kode, såvel som for at forstærke teorien om neurale signaturer.

Bibliografiske referencer:

• Strong, S.P., Koberle, R., de Ruyter van Steveninck. R.R., Bialek, W. (1998). Entropi og information i neurale piggetog. Phys Rev Lett; 80:s. 197 - 200.