一連の活動電位とは何ですか?

活動電位の列または連鎖 (スパイクトレイン 英語で) は、ニューロンが電気信号または神経インパルスを発射する一連の時間記録です。 ニューロン間の通信のこの特定の形式は、神経科学コミュニティによる関心と研究の対象となっていますが、多くの答えがまだ答えられていません。

この記事では、これらの一連の活動電位が何であるか、それらの持続時間と構造は何か、どのように機能するかについて説明します。 ニューラルコーディングの概念と、現在どのような研究状態にあるかで構成されています 主題。

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一連の活動電位とは何ですか?

活動電位列が何であるかを理解するために、最初に活動電位が何で構成されているかを見てみましょう.

私たちの脳には約 1000億個のニューロンが信号を発し、常に互いに通信しています. これらの信号は本質的に電気化学的であり、ニューロンの細胞体から軸索または神経突起を通って次のニューロンに移動します。

これらの電気信号またはインパルスのそれぞれは、活動電位として知られています。 活動電位は、刺激に反応して、または自発的に発生し、 各ショットは通常 1 ミリ秒続きます.

一連の活動電位は、単純に発火と非発火の一連の組み合わせです。 理解しやすくするために、バイナリ システムのように、0 と 1 のデジタル シーケンスを想像してみましょう。 旅行には 1 を割り当て、旅行なしには 0 を割り当てます。 その場合、一連の活動電位は、00111100 のような数値シーケンスとしてエンコードできます。 最初の 2 つのゼロは、刺激の提示と最初の発火または活動電位との間の潜伏時間を表します。

活動電位列は、視覚、触覚、音、または匂いからの直接的な感覚入力によって生成できます。 と また、記憶などの認知プロセスの使用によって引き起こされる抽象的な刺激によって誘発されることもあります。 （たとえば、記憶を呼び起こすことによって）。

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期間と構造

一連の活動電位の持続時間と構造は、一般に刺激の強度と持続時間に依存します。 これらのタイプの活動電位は通常持続し、刺激が存在する限り「オン」のままです。

ただし、一部のニューロンは、非常に短い刺激に対して持続的な反応を引き起こす特別な電気的特性を持っています。 このタイプのニューロンでは、より大きな強度の刺激が、より長い一連の活動電位を誘発する傾向があります。.

刺激に反応してニューロンから活動電位が繰り返し記録される場合 変化するとき（または生物が異なる行動を生成するとき）、それらは比較的維持する傾向があります 安定。 ただし、活動電位の各列の発火パターンは、刺激が変化するにつれて変化します。 一般的に、発射速度（連射速度）は状況によって変化します。

ニューラルコーディング

活動電位列車 神経科学界の関心を集めてきたし、今後も関心を持ち続ける、その特性を考えると。 多くの研究者は、これらの活動電位にどのような種類の情報がエンコードされているか、ニューロンがそれをどのように解読できるかを研究で見つけようとしています.

ニューラル コーディングは、ニューラル ネットワークによって脳内で感覚情報がどのように表現されるかを研究する神経科学の分野です。 研究者は、活動電位列を解読しようとして非常に困難に直面することがよくあります。

一連の活動電位を純粋なバイナリ出力デバイスと考えるのは困難です。. ニューロンには最小活性化しきい値があり、刺激の強度がそのしきい値を超えた場合にのみ発火します。 一定の刺激が与えられると、一連の活動電位が生成されます。 ただし、アクティブ化のしきい値は時間の経過とともに増加します。

感覚適応と呼ばれるものである後者は、 シナプス脱感作などのプロセスの結果、シナプス (2 つのニューロン間の化学的結合) で生成される一定の刺激に対する応答の減少。

この結果は、刺激に関連する発火の減少につながり、最終的にはゼロに減少します。 当該プロセス 変わらないままの環境からの情報で脳が過負荷にならないようにします. たとえば、つけた香水の匂いをしばらく嗅ぐのをやめたときや、最初は邪魔だったバックグラウンド ノイズに順応したときなどです。

最近の研究

すでに知られているように、ニューロンは活動電位の生成を通じて通信します。 あるニューロン (送信またはシナプス前) から別のニューロン (受信またはシナプス後) に広がる可能性があります。 シナプス。 したがって、シナプス前ニューロンが活動電位を生成すると、シナプス後ニューロンはそれを受け取ることができ、 この場合、最終的に新しい活動電位を生み出すことができる反応を生成する シナプス後。

シナプス前活動電位の異なるシーケンスまたは列は、一般に、シナプス後活動電位の異なるチェーンを生成します。 そのせいです 神経科学コミュニティは、活動電位のタイミングに関連する「神経コード」があると信じています; つまり、同じニューロンがいくつかの異なる一連の活動電位を使用して、その一部として、異なるタイプの情報をエンコードしている可能性があるということです。

一方で、 ニューロンの電気的活動は、通常、確かに変化します、刺激によって完全に決定されることはめったにありません。 同じ刺激を連続して繰り返す前に、ニューロンは毎回異なる一連の活動電位で反応します。 これまでのところ、研究者は刺激に対するニューロンの反応を特徴付けることができず、情報がどのようにエンコードされているかを明確に決定することもできませんでした.

これまで考えられていたのは、一連の活動電位に保存されているすべての情報がその周波数にエンコードされているということでした。 つまり、単位時間あたりに発生する活動電位の数です。 しかし近年、各活動電位が発生する正確な瞬間に重要な情報が含まれている可能性が調査されています。 「神経署名」; つまり、放出ニューロンの識別を可能にする一種の時間的パターンです。

最新の調査は、特徴付けを可能にする新しい方法の設計を指摘しています。 各活動電位の時間に基づく一連の活動電位 同じ。 この手順を適用することにより、異なる配列を整列させ、各鎖でどの活動電位が同等であるかを判断することが可能になります。 そしてその情報で、 仮説上の「理想的なトレーニング」における各活動電位に続く統計的分布を計算できます。.

活動電位のその理想的な列は、実際の列のそれぞれが具体的な実現にすぎない共通のパターンを表します。 特徴付けが完了すると、活動電位の新しい連鎖が分布に適合するかどうかを知ることができるため、同じ情報をエンコードしているかどうかを知ることができます。 この理想的な列車の概念は、ニューラル コードの研究と解釈、およびニューラル シグネチャの理論の強化に興味深い影響を与える可能性があります。

参考文献:

• Strong, S.P., Koberle, R., de Ruyter van Steveninck. R.R.、ビアレク、W. (1998). ニューラル スパイク列におけるエントロピーと情報。 Phys Rev Lett; 80:pp. 197 - 200.