Kas ir darbības potenciālu vilciens?

Darbības potenciālu vilciens vai ķēde (smaile vilciens angļu valodā) ir laika ierakstu secība, kurā neirons izdod elektriskos signālus vai nervu impulsus. Šis īpašais saziņas veids starp neironiem ir neirozinātnieku kopienas intereses un izpētes objekts, lai gan joprojām ir jāatbild uz daudzām atbildēm.

Šajā rakstā mēs redzēsim, kas ir šie darbības potenciālu vilcieni, kāds ir to ilgums un struktūra, kādā veidā sastāv no neironu kodēšanas jēdziena un to, kāds ir pašreizējais pētījumu stāvoklis šajā jomā priekšmets.

• Saistīts raksts: "Neironu veidi: īpašības un funkcijas"

Kas ir darbības potenciālu vilciens?

Lai saprastu, kas ir darbības potenciāla vilcieni, vispirms apskatīsim, no kā sastāv darbības potenciāls.

Mūsu smadzenes satur apmēram simtiem miljardu neironu raida signālus, lai pastāvīgi sazinātos savā starpā. Šie signāli ir elektroķīmiski un pārvietojas no neirona šūnas ķermeņa caur tā aksonu vai neirītu uz nākamo neironu.

Katrs no šiem elektriskajiem signāliem vai impulsiem ir pazīstams kā darbības potenciāls. Rīcības potenciāls rodas, reaģējot uz stimuliem vai spontāni, un

katrs šāviens parasti ilgst 1 milisekundi.

Darbības potenciālu vilciens ir vienkārši apvienota šaušanas un neizšaušanas secība. Lai būtu vieglāk saprast: iedomāsimies digitālu nulles un vieninieku secību, kā binārā sistēmā; mēs piešķirtu 1 ceļojumam un 0 bez brauciena. Tādā gadījumā darbības potenciālu virkni var kodēt kā skaitlisku secību, piemēram: 00111100. Pirmās divas nulles attēlo latentuma laiku starp stimula parādīšanu un pirmo aizdedzes vai darbības potenciālu.

Darbības potenciāla vilcienus var ģenerēt, izmantojot tiešu sensoro ievadi no redzes, taustes, skaņas vai smaržas; un tos var izraisīt arī abstrakti stimuli, ko izraisa kognitīvo procesu, piemēram, atmiņas, izmantošana (piemēram, izraisot atmiņas).

• Jūs varētu interesēt: "Darbības potenciāls: kas tas ir un kādi ir tā posmi?"

ilgums un struktūra

Darbības potenciālu vilciena ilgums un struktūra parasti ir atkarīga no stimula intensitātes un ilguma. Šāda veida darbības potenciāls parasti ilgst un paliek "ieslēgts" tik ilgi, kamēr pastāv stimuls.

Tomēr dažiem neironiem ir īpašas elektriskās īpašības, kas liek tiem radīt ilgstošu reakciju uz ļoti īsu stimulu. Šāda veida neironos lielākas intensitātes stimuli mēdz izraisīt ilgākus darbības potenciālu vilcienus..

Kad darbības potenciāli tiek atkārtoti reģistrēti no neirona, reaģējot uz stimuliem mainoties (vai kad organisms ģenerē atšķirīgu uzvedību), tiem ir tendence saglabāt relatīvu stabils. Tomēr katra darbības potenciālu vilciena šaušanas modelis mainās, mainoties stimulam; Parasti šāvienu izšaušanas ātrums (šaušanas ātrums) mainās atkarībā no dažādiem apstākļiem.

neironu kodēšana

darbības potenciāla vilcieni ir bijuši un joprojām ir ieinteresēti neirozinātņu aprindās, ņemot vērā tā īpatnības. Daudzi pētnieki savos pētījumos cenšas noskaidrot, kāda veida informācija ir iekodēta šajos darbības potenciālos un kā neironi to spēj atšifrēt.

Neironu kodēšana ir neirozinātnes joma, kas pēta, kā sensorā informācija tiek attēlota mūsu smadzenēs, izmantojot neironu tīklus. Mēģinot atšifrēt darbības potenciāla vilcienus, pētnieki bieži saskaras ar lielām grūtībām.

Ir grūti iedomāties darbības potenciālu vilcienu kā tikai bināru izvades ierīci.. Neironiem ir minimālais aktivizācijas slieksnis un tie iedegas tikai tad, ja stimula intensitāte pārsniedz šo slieksni. Ja tiek parādīts pastāvīgs stimuls, tiks ģenerēts darbības potenciālu vilciens. Tomēr aktivizēšanas slieksnis laika gaitā palielināsies.

Pēdējais, ko sauc par sensoro adaptāciju, ir tādu procesu kā sinaptiskā desensibilizācija rezultāts, reakcijas samazināšanās uz konstantu stimulu, kas rodas sinapsē (ķīmiskais savienojums starp diviem neironiem).

Šis rezultāts izraisīs ar stimulu saistītās izšaušanas samazināšanos, kas galu galā samazināsies līdz nullei. minētais process palīdz smadzenēm nepārslogot ar informāciju no vides, kas paliek nemainīga. Piemēram, kad pēc kāda laika pārstājam ostīt smaržas, ko esam uzklājuši vai kad pielāgojamies fona trokšņiem, kas mūs sākotnēji traucē.

Jaunākie pētījumi

Kā mēs jau zinām, neironi sazinās, ģenerējot darbības potenciālus, kas ir var izplatīties no viena neirona (sūtīšanas vai presinaptiskā) uz otru (uztverošo vai postsinaptisko) caur sinapse. Tādējādi, kad presinaptiskais neirons ģenerē darbības potenciālu, postsinaptiskais neirons spēj to uztvert un radīt atbildi, kas šajā gadījumā galu galā var radīt jaunu darbības potenciālu postsinaptisks.

Dažādas presinaptiskās darbības potenciālu secības vai vilcieni parasti rada dažādas postsinaptiskās darbības potenciālu ķēdes. Tas ir tāpēc neirozinātnes kopiena uzskata, ka pastāv "neironu kods", kas saistīts ar darbības potenciālu laiku; tas ir, ka viens un tas pats neirons varētu izmantot vairākas dažādas darbības potenciālu sekvences, lai no savas puses kodētu dažāda veida informāciju.

No otras puses, neirona elektriskā aktivitāte parasti noteikti ir mainīga, un to reti pilnībā nosaka stimuls. Pirms secīgiem viena un tā paša stimula atkārtojumiem neirons katru reizi reaģēs ar atšķirīgu darbības potenciālu ķēdi. Līdz šim pētnieki nav spējuši raksturot neironu reakciju uz stimuliem, kā arī nav spējuši skaidri noteikt, kā informācija tiek kodēta.

Līdz šim tika uzskatīts, ka visa informācija, kas glabājas darbības potenciālu vilcienā, ir iekodēta tās frekvencē; tas ir, darbības potenciālu skaitā, kas rodas laika vienībā. Taču pēdējos gados tiek pētīta iespēja, ka precīzs katra darbības potenciāla mirklis var saturēt kritisku informāciju un pat "neironu paraksts"; tas ir, sava veida temporāls modelis, kas ļautu identificēt izstarojošo neironu.

Jaunākie pētījumi norāda uz jaunas metodes izstrādi, kas ļautu raksturot a darbības potenciālu ķēde, pamatojoties uz katra darbības potenciāla laikiem tas pats. Izmantojot šo procedūru, būtu iespējams saskaņot dažādās secības un noteikt, kuri darbības potenciāli ir līdzvērtīgi katrā no ķēdēm. Un ar šo informāciju var aprēķināt statistisko sadalījumu, kas seko katram darbības potenciālam hipotētiskā “ideālā vilcienā”..

Šis ideālais darbības potenciālu vilciens atspoguļotu kopējo modeli, no kura katrs no faktiskajiem vilcieniem ir tikai konkrēta realizācija. Kad tas ir raksturots, būtu iespējams uzzināt, vai jauna darbības potenciālu ķēde varētu atbilst sadalījumam vai nē, un tāpēc zināt, vai tā kodē to pašu informāciju. Šai ideālā vilciena koncepcijai varētu būt interesanta ietekme uz neironu koda izpēti un interpretāciju, kā arī uz neironu parakstu teorijas nostiprināšanu.

Bibliogrāfiskās atsauces:

• Strongs, S.P., Koberle, R., de Rūters van Stīveninks. R.R., Bjaleks, V. (1998). Entropija un informācija neironu smaiļu vilcienos. Phys Rev Lett; 80: lpp. 197 - 200.