O que é um trem de potenciais de ação?

Um trem ou cadeia de potenciais de ação (pico de trem em inglês) é uma sequência de registros temporais em que um neurônio dispara sinais elétricos ou impulsos nervosos. Essa forma particular de comunicação entre os neurônios é objeto de interesse e estudo da comunidade neurocientífica, embora muitas respostas permaneçam por responder.

Neste artigo veremos o que são esses trens de potenciais de ação, qual é a sua duração e estrutura, em que consiste no conceito de codificação neural e em que estado da pesquisa está atualmente neste assunto.

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O que é um trem de potenciais de ação?

Para entender o que são os trens de potencial de ação, vamos primeiro ver em que consiste um potencial de ação.

Nosso cérebro contém cerca de centenas de bilhões de neurônios disparando sinais para se comunicar uns com os outros constantemente. Esses sinais são eletroquímicos por natureza e viajam do corpo celular de um neurônio, através de seu axônio ou neurite, até o próximo neurônio.

Cada um desses sinais ou impulsos elétricos é conhecido como potencial de ação. Os potenciais de ação ocorrem em resposta a estímulos ou espontaneamente, e cada tiro normalmente dura 1 milissegundo.

Um trem de potenciais de ação é simplesmente uma sequência combinada de disparo e não disparo. Para facilitar o entendimento: vamos imaginar uma sequência digital de zeros e uns, como em um sistema binário; atribuiríamos um 1 para a viagem e um 0 para a não viagem. Nesse caso, um trem de potenciais de ação pode ser codificado como uma sequência numérica, como: 00111100. Os dois primeiros zeros representariam o tempo de latência entre a apresentação do estímulo e o primeiro disparo ou potencial de ação.

Trens de potencial de ação podem ser gerados por meio de informações sensoriais diretas da visão, tato, som ou olfato; e eles também podem ser induzidos por estímulos abstratos desencadeados pelo uso de processos cognitivos, como memória (evocando memórias, por exemplo).

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duração e estrutura

A duração e a estrutura de um trem de potenciais de ação geralmente dependem da intensidade e duração do estímulo. Esses tipos de potenciais de ação geralmente duram e permanecem "ligados" enquanto o estímulo estiver presente.

No entanto, alguns neurônios têm propriedades elétricas especiais que os levam a produzir uma resposta sustentada a um estímulo muito breve. Nesse tipo de neurônios, os estímulos de maior intensidade tendem a provocar trens de potenciais de ação mais longos..

Quando os potenciais de ação são registrados repetidamente de um neurônio em resposta a estímulos mudando (ou quando um organismo gera comportamentos diferentes), eles tendem a manter uma relação relativamente estábulo. No entanto, o padrão de disparo de cada série de potenciais de ação varia conforme o estímulo muda; Geralmente, a velocidade com que os tiros são disparados (a cadência de tiro) muda dependendo das diferentes condições.

codificação neural

trens de potencial de ação têm sido e continuam a ser de interesse para a comunidade neurocientífica, dadas as suas peculiaridades. Muitos pesquisadores tentam descobrir em seus estudos que tipo de informação é codificada nesses potenciais de ação e como os neurônios são capazes de decodificá-la.

A codificação neural é um campo da neurociência que estuda como a informação sensorial é representada em nosso cérebro por meio de redes neurais. Os pesquisadores muitas vezes encontram grande dificuldade ao tentar decifrar os trens de potencial de ação.

É difícil pensar em um trem de potenciais de ação como sendo um dispositivo de saída puramente binário.. Os neurônios têm um limiar mínimo de ativação e disparam apenas se a intensidade do estímulo estiver acima desse limiar. Se um estímulo constante for apresentado, um trem de potenciais de ação será gerado. No entanto, o limite de ativação aumentará com o tempo.

Esta última, que é o que se chama de adaptação sensorial, é o resultado de processos como a dessensibilização sináptica, uma diminuição na resposta ao estímulo constante produzido na sinapse (a conexão química entre dois neurônios).

Este resultado levará a uma redução do disparo associado ao estímulo, que acabará por diminuir para zero. dito processo ajuda o cérebro a não ser sobrecarregado com informações do ambiente que permanecem inalteradas. Por exemplo, quando depois de um tempo paramos de sentir o cheiro do perfume que aplicamos ou quando nos adaptamos a um ruído de fundo que inicialmente nos incomoda.

Pesquisa recente

Como já sabemos, os neurônios se comunicam por meio da geração de potenciais de ação, que são pode se espalhar de um neurônio (transmissor ou pré-sináptico) para outro (receptor ou pós-sináptico) através do sinapse. Assim, quando o neurônio pré-sináptico gera o potencial de ação, o neurônio pós-sináptico é capaz de recebê-lo e gerar uma resposta que, eventualmente, pode produzir um novo potencial de ação, neste caso pós-sináptico.

Diferentes sequências ou sequências de potenciais de ação pré-sinápticos geralmente produzem diferentes cadeias de potenciais de ação pós-sinápticos. É por isso que a comunidade neurocientífica acredita que existe um "código neural" associado ao tempo dos potenciais de ação; isto é, que o mesmo neurônio poderia estar usando várias seqüências diferentes de potenciais de ação para codificar, por sua vez, diferentes tipos de informação.

Por outro lado, a atividade elétrica de um neurônio é geralmente certamente variável, e raramente é totalmente determinado pelo estímulo. Antes de sucessivas repetições do mesmo estímulo, o neurônio responderá a cada vez com uma cadeia diferente de potenciais de ação. Até agora, os pesquisadores não conseguiram caracterizar a resposta dos neurônios aos estímulos, nem determinar claramente como a informação é codificada.

O que se pensava até agora é que toda a informação armazenada em um trem de potenciais de ação estava codificada em sua frequência; isto é, no número de potenciais de ação que ocorrem por unidade de tempo. Mas, nos últimos anos, está sendo investigada a possibilidade de que os instantes precisos em que cada potencial de ação ocorre possam conter informações críticas e até mesmo uma “assinatura neural”; ou seja, uma espécie de padrão temporal que permitiria identificar o neurônio emissor.

As investigações mais recentes apontam para o desenho de um novo método que permitisse caracterizar um cadeia de potenciais de ação com base nos tempos de cada um dos potenciais de ação do mesmo. Aplicando esse procedimento, seria possível alinhar as diferentes sequências e determinar quais potenciais de ação são equivalentes em cada uma das cadeias. E com essas informações, a distribuição estatística que segue cada potencial de ação em um hipotético “trem ideal” poderia ser calculada.

Esse trem ideal de potenciais de ação representaria o padrão comum, do qual cada um dos trens reais é apenas uma realização concreta. Uma vez caracterizada, seria possível saber se uma nova cadeia de potenciais de ação caberia ou não na distribuição e, portanto, saber se ela está codificando a mesma informação. Esse conceito de trem ideal pode ter implicações interessantes para o estudo e interpretação do código neural, bem como para reforçar a teoria das assinaturas neurais.

Referências bibliográficas:

• Strong, S.P., Koberle, R., de Ruyter van Steveninck. RR, Bialek, W. (1998). Entropia e informação em trens de picos neurais. Phys Rev Lett; 80: págs. 197 - 200.