Шта је низ акционих потенцијала?

Воз или ланац акционих потенцијала (спике траин на енглеском) је низ временских записа у којима неурон испаљује електричне сигнале или нервне импулсе. Овај посебан облик комуникације између неурона је предмет интересовања и проучавања неуронаучне заједнице, иако на многе одговоре остаје да се одговори.

У овом чланку ћемо видети који су то низови акционих потенцијала, какво је њихово трајање и структура, у чему састоји се од концепта неуронског кодирања и какво је тренутно стање истраживања у овоме предмет.

• Повезани чланак: "Врсте неурона: карактеристике и функције"

Шта је низ акционих потенцијала?

Да бисмо разумели шта су возови акционог потенцијала, хајде да прво погледамо од чега се састоји акциони потенцијал.

Наш мозак садржи око стотине милијарди неурона дају сигнале за сталну комуникацију једни са другима. Ови сигнали су електрохемијске природе и путују од тела ћелије неурона, преко његовог аксона или неурита, до следећег неурона.

Сваки од ових електричних сигнала или импулса познат је као акциони потенцијал. Акциони потенцијали се јављају као одговор на стимулансе или спонтано, и

сваки снимак обично траје 1 милисекунду.

Низ акционих потенцијала је једноставно комбиновани низ испаљивања и неокидања. Да бисмо лакше разумели: замислимо дигитални низ нула и јединица, као у бинарном систему; доделили бисмо 1 за путовање и 0 за не путовање. У том случају, низ акционих потенцијала би могао бити кодиран као нумерички низ, као што је: 00111100. Прве две нуле представљале би време кашњења између презентације стимулуса и првог активирања или акционог потенцијала.

Возови акционог потенцијала могу се генерисати директним сензорним уносом из вида, додира, звука или мириса; и они такође могу бити изазвани апстрактним стимулансима изазваним употребом когнитивних процеса као што је памћење (нпр. евоцирањем успомена).

• Можда ће вас занимати: "Акциони потенцијал: шта је то и које су његове фазе?"

трајање и структура

Трајање и структура низа акционих потенцијала углавном зависе од интензитета и трајања стимулуса. Ове врсте акционих потенцијала обично трају и остају „укључене“ све док је стимуланс присутан.

Међутим, неки неурони имају посебна електрична својства која узрокују да производе трајни одговор на врло кратак стимулус. Код ове врсте неурона, стимуланси већег интензитета имају тенденцију да изазову дуже низове акционих потенцијала..

Када се акциони потенцијали више пута снимају са неурона као одговор на стимулусе мењајући (или када организам генерише различита понашања), они имају тенденцију да одржавају релативно стабилан. Међутим, образац активирања сваког низа акционих потенцијала варира како се стимуланс мења; Генерално, брзина којом се пуца (брзина паљбе) се мења у зависности од различитих услова.

неуронско кодирање

возови акционог потенцијала били су и настављају да буду од интереса за неуронаучну заједницу, с обзиром на његове особености. Многи истраживачи покушавају у својим студијама да открију каква је информација кодирана у овим акционим потенцијалима и како су неурони у стању да их декодирају.

Неуронско кодирање је област неуронауке која проучава како се сензорне информације представљају у нашем мозгу помоћу неуронских мрежа. Истраживачи често наилазе на велике потешкоће покушавајући да дешифрују возове акционог потенцијала.

Тешко је замислити низ акционих потенцијала као чисто бинарни излазни уређај.. Неурони имају минимални праг активације и активирају се само ако је интензитет стимулуса изнад тог прага. Ако се представи стални стимулус, генерисаће се низ акционих потенцијала. Међутим, праг активације ће се временом повећавати.

Ово последње, што се зове сензорна адаптација, јесте резултат процеса као што је синаптичка десензибилизација, смањење одговора на константни стимулус произведен у синапси (хемијска веза између два неурона).

Овај резултат ће довести до смањења паљења повезаног са стимулусом, који ће се на крају смањити на нулу. поменути процес помаже мозгу да не буде преоптерећен информацијама из окружења које остају непромењене. На пример, када након неког времена престанемо да осетимо мирис парфема који смо нанели или када се прилагодимо позадинској буци која нас у почетку узнемирава.

Недавна истраживања

Као што већ знамо, неурони комуницирају кроз генерисање акционих потенцијала, који су може да се шири са једног неурона (који шаље или пресинаптички) на други (примајући или постсинаптички) преко синапсе. Дакле, када пресинаптички неурон генерише акциони потенцијал, постсинаптички неурон је у стању да га прими и генеришу одговор који, на крају, може произвести нови акциони потенцијал, у овом случају постсинаптички.

Различите секвенце или низови пресинаптичких акционих потенцијала генерално производе различите ланце постсинаптичких акционих потенцијала. То је због тога неуронаучна заједница верује да постоји „неурални код“ повезан са временом акционих потенцијала; односно да би исти неурон могао да користи неколико различитих секвенци акционих потенцијала да кодира, са своје стране, различите врсте информација.

С друге стране, електрична активност неурона је обично сигурно променљива, и ретко је у потпуности детерминисан стимулусом. Пре узастопних понављања истог стимулуса, неурон ће сваки пут реаговати различитим ланцем акционих потенцијала. До сада истраживачи нису били у стању да окарактеришу одговор неурона на стимулусе, нити су могли јасно да одреде како се информације кодирају.

Оно што се до сада мислило је да су све информације ускладиштене у низу акционих потенцијала биле кодиране у његовој фреквенцији; односно у броју акционих потенцијала који се јављају у јединици времена. Али последњих година, истражује се могућност да тачни тренуци у којима се сваки акциони потенцијал јавља могу садржати критичне информације, па чак и "нервни потпис"; односно својеврсни темпорални образац који би омогућио идентификацију неурона који емитује.

Најновија истраживања указују на дизајн нове методе која би омогућила карактеризацију а ланац акционих потенцијала на основу времена сваког од акционих потенцијала исти. Применом овог поступка било би могуће ускладити различите секвенце и одредити који су акциони потенцијали еквивалентни у сваком од ланаца. И са том информацијом, статистичка расподела која прати сваки акциони потенцијал у хипотетичком „идеалном возу“ могла би да се израчуна.

Тај идеални низ акционих потенцијала представљао би заједнички образац, чији је сваки од стварних возова само конкретна реализација. Када се једном окарактерише, било би могуће знати да ли би нови ланац акционих потенцијала могао да одговара дистрибуцији или не, и стога знати да ли кодира исту информацију. Овај концепт идеалног воза могао би имати занимљиве импликације за проучавање и тумачење неуронског кода, као и за јачање теорије неуронских потписа.

Библиографске референце:

• Стронг, С.П., Коберле, Р., де Руитер ван Стевенинцк. Р.Р., Биалек, В. (1998). Ентропија и информације у неуронским шиљцима. Пхис Рев Летт; 80:пп. 197 - 200.