รถไฟแห่งศักยภาพในการดำเนินการคืออะไร?

รถไฟหรือโซ่แห่งศักยภาพในการดำเนินการ (รถไฟขัดขวาง ในภาษาอังกฤษ) เป็นลำดับของบันทึกทางโลกซึ่งเซลล์ประสาทส่งสัญญาณไฟฟ้าหรือแรงกระตุ้นของเส้นประสาท รูปแบบเฉพาะของการสื่อสารระหว่างเซลล์ประสาทนี้เป็นเป้าหมายของความสนใจและการศึกษาโดยชุมชนประสาทวิทยาศาสตร์ แม้ว่ายังมีคำตอบอีกมากมายที่ต้องหาคำตอบ

ในบทความนี้เราจะมาดูกันว่าศักยภาพในการดำเนินการเหล่านี้คืออะไร ระยะเวลาและโครงสร้างเป็นอย่างไร มีอะไรบ้าง ประกอบด้วยแนวคิดของการเข้ารหัสประสาทและสถานะของการวิจัยในปัจจุบัน เรื่อง.

• บทความที่เกี่ยวข้อง: "ประเภทของเซลล์ประสาท: ลักษณะและหน้าที่"

รถไฟแห่งศักยภาพในการดำเนินการคืออะไร?

เพื่อทำความเข้าใจว่าการฝึกศักยภาพในการดำเนินการคืออะไร ก่อนอื่นเรามาดูว่าศักยภาพในการดำเนินการประกอบด้วยอะไรบ้าง

สมองของเราประกอบด้วย เซลล์ประสาทนับแสนล้านส่งสัญญาณสื่อสารกันอย่างต่อเนื่อง. สัญญาณเหล่านี้มีลักษณะเป็นไฟฟ้าเคมีและเดินทางจากตัวเซลล์ของเซลล์ประสาทผ่านแอกซอนหรือนิวไรต์ไปยังเซลล์ประสาทถัดไป

สัญญาณไฟฟ้าหรือแรงกระตุ้นเหล่านี้เรียกว่าศักย์ไฟฟ้า ศักยภาพในการกระทำเกิดขึ้นจากการตอบสนองต่อสิ่งเร้าหรือเกิดขึ้นเอง และ แต่ละช็อตมักใช้เวลา 1 มิลลิวินาที.

ขบวนของศักยภาพในการดำเนินการเป็นเพียงลำดับที่รวมกันของการยิงและการไม่ยิง เพื่อให้เข้าใจง่ายขึ้น ลองนึกภาพลำดับดิจิตอลของเลขศูนย์และเลขหนึ่งเหมือนในระบบเลขฐานสอง เราจะกำหนด 1 สำหรับการเดินทางและ 0 สำหรับการเดินทางที่ไม่มี ในกรณีนั้น ศักยภาพในการดำเนินการอาจถูกเข้ารหัสเป็นลำดับตัวเลข เช่น: 00111100 เลขศูนย์สองตัวแรกจะแสดงถึงเวลาแฝงระหว่างการนำเสนอสิ่งเร้าและศักยภาพในการยิงหรือการกระทำครั้งแรก

ศักยภาพในการดำเนินการสามารถสร้างขึ้นได้จากการรับสัมผัสทางประสาทสัมผัสโดยตรงจากการมองเห็น การสัมผัส เสียง หรือกลิ่น และ นอกจากนี้ยังสามารถถูกกระตุ้นโดยสิ่งเร้าที่เป็นนามธรรมซึ่งกระตุ้นโดยการใช้กระบวนการรับรู้ เช่น ความจำ (โดยกระตุ้นความทรงจำเป็นต้น)

• คุณอาจจะสนใจ: "ศักยภาพในการดำเนินการ: มันคืออะไรและระยะของมันคืออะไร?"

ระยะเวลาและโครงสร้าง

ระยะเวลาและโครงสร้างของขบวนศักยภาพของการกระทำโดยทั่วไปขึ้นอยู่กับความรุนแรงและระยะเวลาของการกระตุ้น ศักยภาพในการดำเนินการประเภทนี้มักจะคงอยู่และยังคง "เปิดอยู่" ตราบใดที่มีสิ่งกระตุ้นอยู่

อย่างไรก็ตาม เซลล์ประสาทบางตัวมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าพิเศษที่ทำให้พวกมันตอบสนองอย่างต่อเนื่องต่อสิ่งเร้าสั้นๆ ในเซลล์ประสาทประเภทนี้ สิ่งเร้าที่มีความเข้มมากขึ้นมีแนวโน้มที่จะกระตุ้นศักยภาพในการดำเนินการให้นานขึ้น.

เมื่อศักยะงานถูกบันทึกซ้ำๆ จากเซลล์ประสาทเพื่อตอบสนองต่อสิ่งเร้า การเปลี่ยนแปลง (หรือเมื่อสิ่งมีชีวิตสร้างพฤติกรรมที่แตกต่างกัน) พวกเขามักจะรักษาความสัมพันธ์ มั่นคง. อย่างไรก็ตามรูปแบบการยิงของศักยภาพในการดำเนินการแต่ละขบวนจะแตกต่างกันไปตามการเปลี่ยนแปลงของสิ่งเร้า โดยทั่วไป ความเร็วในการยิง (อัตราการยิง) จะเปลี่ยนไปตามสภาวะต่างๆ

การเข้ารหัสประสาท

รถไฟที่มีศักยภาพในการดำเนินการ ได้รับและยังคงเป็นที่สนใจของชุมชนประสาทวิทยาศาสตร์ให้ลักษณะเฉพาะของมัน นักวิจัยหลายคนพยายามค้นหาในการศึกษาของพวกเขาว่าข้อมูลประเภทใดที่ถูกเข้ารหัสในศักยภาพการกระทำเหล่านี้ และเซลล์ประสาทสามารถถอดรหัสได้อย่างไร

Neural coding เป็นสาขาหนึ่งของประสาทวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาว่าข้อมูลทางประสาทสัมผัสแสดงอยู่ในสมองของเราอย่างไรโดยใช้โครงข่ายประสาทเทียม นักวิจัยมักจะประสบปัญหาอย่างมากในการพยายามถอดรหัสรถไฟที่มีศักยภาพในการดำเนินการ

เป็นการยากที่จะนึกถึงศักยภาพของการกระทำว่าเป็นอุปกรณ์เอาต์พุตไบนารีล้วน. เซลล์ประสาทมีเกณฑ์การเปิดใช้งานขั้นต่ำและจะทำงานก็ต่อเมื่อความเข้มของการกระตุ้นสูงกว่าเกณฑ์นั้น หากมีการนำเสนอสิ่งกระตุ้นอย่างต่อเนื่อง ขบวนแห่งศักยภาพในการดำเนินการจะถูกสร้างขึ้น อย่างไรก็ตาม เกณฑ์การเปิดใช้งานจะเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป

อย่างหลังซึ่งเรียกว่าการปรับตัวทางประสาทสัมผัสคือ ผลลัพธ์ของกระบวนการเช่น synaptic desensitizationการลดลงของการตอบสนองต่อสิ่งเร้าคงที่ที่เกิดขึ้นที่ไซแนปส์ (การเชื่อมต่อทางเคมีระหว่างเซลล์ประสาทสองตัว)

ผลลัพธ์นี้จะนำไปสู่การลดการยิงที่เกี่ยวข้องกับสิ่งเร้าซึ่งจะลดลงเป็นศูนย์ในที่สุด กระบวนการดังกล่าว ช่วยให้สมองไม่ต้องรับข้อมูลจากสิ่งแวดล้อมมากเกินไปโดยไม่เปลี่ยนแปลง. ตัวอย่างเช่น เมื่อสักครู่เราหยุดกลิ่นน้ำหอมที่เราฉีดไว้ หรือเมื่อเราปรับตัวให้เข้ากับเสียงพื้นหลังที่รบกวนเราในตอนแรก

การวิจัยล่าสุด

อย่างที่เราทราบกันดีอยู่แล้วว่าเซลล์ประสาทสื่อสารผ่านการสร้างศักยะงานซึ่งได้แก่ สามารถแพร่กระจายจากเซลล์ประสาทหนึ่ง (การส่งหรือ presynaptic) ไปยังอีกเซลล์หนึ่ง (การรับหรือ postynaptic) ผ่านทาง ไซแนปส์ ดังนั้น เมื่อเซลล์ประสาทพรีซินแนปติกสร้างศักยภาพในการดำเนินการ เซลล์ประสาทโพสต์ซินแนปติกจะสามารถรับและ สร้างการตอบสนองที่ในที่สุดก็สามารถสร้างศักยภาพในการดำเนินการใหม่ได้ ในกรณีนี้ โพสต์ซินแนปติก

ลำดับหรือขบวนที่แตกต่างกันของศักยภาพในการดำเนินการก่อนซินแน็ปติกโดยทั่วไปจะสร้างสายโซ่ของศักยภาพในการดำเนินการหลังซินแน็ปติกที่แตกต่างกัน มันเป็นเพราะเหตุนั้น ชุมชนประสาทวิทยาเชื่อว่ามี "รหัสประสาท" ที่เกี่ยวข้องกับระยะเวลาของการกระทำที่อาจเกิดขึ้น; นั่นคือ เซลล์ประสาทเดียวกันอาจใช้ลำดับศักยะงานที่แตกต่างกันหลายลำดับเพื่อเข้ารหัสข้อมูลประเภทต่างๆ ในส่วนของมัน

ในทางกลับกัน, กิจกรรมทางไฟฟ้าของเซลล์ประสาทมักจะแปรผันอย่างแน่นอนและแทบจะไม่ถูกกำหนดโดยสิ่งกระตุ้นโดยสิ้นเชิง ก่อนการกระตุ้นเดิมซ้ำๆ กัน เซลล์ประสาทจะตอบสนองแต่ละครั้งด้วยสายโซ่แห่งการกระทำที่แตกต่างกัน จนถึงตอนนี้ นักวิจัยยังไม่สามารถระบุลักษณะการตอบสนองของเซลล์ประสาทต่อสิ่งเร้า และยังไม่สามารถระบุได้อย่างชัดเจนว่าข้อมูลถูกเข้ารหัสอย่างไร

สิ่งที่คิดได้จนถึงตอนนี้คือข้อมูลทั้งหมดที่เก็บไว้ในรถไฟแห่งศักยภาพในการดำเนินการนั้นถูกเข้ารหัสด้วยความถี่ นั่นคือ ในจำนวนของศักยภาพในการดำเนินการที่เกิดขึ้นต่อหน่วยเวลา แต่ในช่วงไม่กี่ปีมานี้ มีความเป็นไปได้ที่จะถูกตรวจสอบว่าช่วงเวลาที่แน่นอนซึ่งศักยภาพของการกระทำแต่ละอย่างเกิดขึ้นอาจมีข้อมูลที่สำคัญและแม้กระทั่ง “ลายเซ็นประสาท”; นั่นคือรูปแบบของชั่วขณะที่จะอนุญาตให้ระบุเซลล์ประสาทที่เปล่งแสงได้

การสืบสวนล่าสุดชี้ให้เห็นถึงการออกแบบวิธีการใหม่ที่จะช่วยให้ระบุลักษณะก ห่วงโซ่ของศักยภาพในการดำเนินการตามเวลาของแต่ละศักยภาพในการดำเนินการของ เดียวกัน. การใช้ขั้นตอนนี้จะทำให้สามารถจัดลำดับที่แตกต่างกันและกำหนดศักยภาพในการดำเนินการที่เทียบเท่ากันในแต่ละสายโซ่ และด้วยข้อมูลดังกล่าว การกระจายทางสถิติที่ติดตามศักยภาพของการกระทำแต่ละอย่างใน "รถไฟในอุดมคติ" สมมุติฐานสามารถคำนวณได้.

ศักยภาพในการดำเนินการในอุดมคตินั้นจะเป็นตัวแทนของรูปแบบทั่วไป ซึ่งรถไฟแต่ละขบวนที่เกิดขึ้นจริงเป็นเพียงการรับรู้ที่เป็นรูปธรรมเท่านั้น เมื่อกำหนดลักษณะเฉพาะแล้ว จะสามารถทราบได้ว่าศักยภาพของห่วงโซ่การดำเนินการใหม่เหมาะสมกับการกระจายหรือไม่ และดังนั้นจึงรู้ว่ากำลังเข้ารหัสข้อมูลเดียวกันหรือไม่ แนวคิดของรถไฟในอุดมคตินี้อาจมีนัยที่น่าสนใจสำหรับการศึกษาและการตีความรหัสประสาท เช่นเดียวกับการเสริมทฤษฎีลายเซ็นประสาท

การอ้างอิงบรรณานุกรม:

• Strong, S.P., Koberle, R., de Ruyter van Steveninck ร., เบียเล็ก, ว. (1998). เอนโทรปีและข้อมูลในรถไฟเข็มประสาท Phys Rev เลตต์; 80:หน้า 197 - 200.