Что такое последовательность потенциалов действия?

Последовательность или цепь потенциалов действия (шип поезд на английском языке) представляет собой последовательность временных записей, в которых нейрон запускает электрические сигналы или нервные импульсы. Эта конкретная форма связи между нейронами является объектом интереса и изучения нейронаучного сообщества, хотя на многие ответы еще предстоит ответить.

В этой статье мы увидим, что представляют собой эти последовательности потенциалов действия, какова их продолжительность и структура, в чем состоит из концепции нейронного кодирования и состояния исследований в настоящее время в этой области. предмет.

• Статья по теме: "Виды нейронов: характеристика и функции"

Что такое последовательность потенциалов действия?

Чтобы понять, что такое последовательности потенциалов действия, давайте сначала посмотрим, из чего состоит потенциал действия.

Наш мозг содержит около сотни миллиардов нейронов, запускающих сигналы для постоянного общения друг с другом. Эти сигналы носят электрохимический характер и проходят от тела клетки нейрона через его аксон или нейрит к следующему нейрону.

Каждый из этих электрических сигналов или импульсов известен как потенциал действия. Потенциалы действия возникают в ответ на раздражение или спонтанно. каждый выстрел обычно длится 1 миллисекунду.

Последовательность потенциалов действия — это просто комбинированная последовательность срабатывания и несрабатывания. Чтобы было легче понять: представим цифровую последовательность нулей и единиц, как в двоичной системе; мы бы присвоили 1 для поездки и 0 для отсутствия поездки. В этом случае последовательность потенциалов действия может быть закодирована числовой последовательностью, например: 00111100. Первые два нуля представляют собой латентный период между предъявлением стимула и первым возбуждением или потенциалом действия.

Последовательности потенциалов действия могут генерироваться посредством прямого сенсорного ввода от зрения, прикосновения, звука или запаха; и они также могут быть вызваны абстрактными стимулами, вызванными использованием когнитивных процессов, таких как память. (например, вызывая воспоминания).

• Вам может быть интересно: "Потенциал действия: что это такое и каковы его фазы?"

продолжительность и структура

Продолжительность и структура серии потенциалов действия обычно зависят от интенсивности и продолжительности раздражителя. Эти типы потенциалов действия обычно длятся и остаются «включенными» до тех пор, пока присутствует стимул.

Однако некоторые нейроны обладают особыми электрическими свойствами, которые заставляют их давать устойчивый ответ на очень короткий стимул. В этом типе нейронов более интенсивные стимулы имеют тенденцию провоцировать более длинные последовательности потенциалов действия..

Когда потенциалы действия повторно регистрируются от нейрона в ответ на раздражители меняясь (или когда организм порождает разные модели поведения), они, как правило, сохраняют относительно стабильный. Однако характер возбуждения каждой последовательности потенциалов действия меняется по мере изменения стимула; Как правило, скорость выстрела (скорострельность) меняется в зависимости от различных условий.

нейронное кодирование

поезда потенциала действия вызывали и продолжают вызывать интерес у нейробиологов., учитывая его особенности. Многие исследователи в своих исследованиях пытаются выяснить, какая информация закодирована в этих потенциалах действия и как нейроны способны ее декодировать.

Нейронное кодирование — это область нейробиологии, изучающая, как сенсорная информация представлена ​​в нашем мозгу с помощью нейронных сетей. Исследователи часто сталкиваются с большими трудностями, пытаясь расшифровать цепочки потенциалов действия.

Трудно думать о последовательности потенциалов действия как о чисто двоичном устройстве вывода.. Нейроны имеют минимальный порог активации и срабатывают, только если интенсивность стимула выше этого порога. Если предъявляется постоянный стимул, будет генерироваться серия потенциалов действия. Однако порог активации со временем будет увеличиваться.

Последняя, ​​которую называют сенсорной адаптацией, результат таких процессов, как синаптическая десенсибилизация, снижение реакции на постоянный раздражитель, производимый синапсом (химическая связь между двумя нейронами).

Этот результат приведет к снижению возбуждения, связанного со стимулом, которое в конечном итоге уменьшится до нуля. указанный процесс помогает мозгу не перегружаться информацией из окружающей среды, которая остается неизменной. Например, когда через какое-то время мы перестаем ощущать запах духов, которые нанесли, или когда мы адаптируемся к фоновому шуму, который изначально нас беспокоит.

Недавнее исследование

Как мы уже знаем, нейроны общаются посредством генерации потенциалов действия, которые может распространяться от одного нейрона (передающего или пресинаптического) к другому (принимающему или постсинаптическому) через синапс. Таким образом, когда пресинаптический нейрон генерирует потенциал действия, постсинаптический нейрон способен его получить и генерировать ответ, который, в конечном счете, может вызвать новый потенциал действия, в данном случае постсинаптический.

Различные последовательности или цепочки пресинаптических потенциалов действия обычно производят разные цепочки постсинаптических потенциалов действия. Именно из-за этого нейронаучное сообщество считает, что существует «нейронный код», связанный с синхронизацией потенциалов действия.; то есть один и тот же нейрон может использовать несколько разных последовательностей потенциалов действия для кодирования, со своей стороны, разных типов информации.

С другой стороны, электрическая активность нейрона обычно безусловно изменчива, и редко полностью определяется стимулом. Перед последовательными повторениями одного и того же стимула нейрон каждый раз будет отвечать другой цепочкой потенциалов действия. До сих пор исследователям не удавалось ни охарактеризовать реакцию нейронов на раздражители, ни четко определить, как кодируется информация.

До сих пор считалось, что вся информация, хранящаяся в последовательности потенциалов действия, закодирована в ее частоте; то есть по количеству потенциалов действия, возникающих в единицу времени. Но в последние годы исследуется возможность того, что точные моменты, в которые возникает каждый потенциал действия, могут содержать важную информацию и даже «нейронная подпись»; то есть своего рода временной паттерн, который позволил бы идентифицировать излучающий нейрон.

Самые последние исследования указывают на разработку нового метода, который позволил бы охарактеризовать цепочка потенциалов действия, основанная на временах каждого из потенциалов действия такой же. Применяя эту процедуру, можно было бы выровнять различные последовательности и определить, какие потенциалы действия эквивалентны в каждой из цепей. И с этой информацией, можно рассчитать статистическое распределение, которое следует за каждым потенциалом действия в гипотетической «идеальной последовательности»..

Эта идеальная последовательность потенциалов действия представляла бы общий паттерн, по которому каждая из действительных последовательностей является лишь конкретной реализацией. После характеристики можно было бы узнать, может ли новая цепь потенциалов действия соответствовать распределению или нет, и, следовательно, узнать, кодирует ли она ту же информацию. Эта концепция идеального поезда может иметь интересные последствия для изучения и интерпретации нейронного кода, а также для укрепления теории нейронных подписей.

Библиографические ссылки:

• Стронг, С.П., Коберле, Р., де Рюйтер ван Стивенинк. Р.Р., Биалек, В. (1998). Энтропия и информация в нейронных импульсах. Преподобный Летт по физике; 80:стр. 197 - 200.