Що таке ланцюг потенціалів дії?

Потяг або ланцюг потенціалів дії (шип поїзд англійською) — це послідовність часових записів, у яких нейрон видає електричні сигнали або нервові імпульси. Ця особлива форма зв’язку між нейронами є об’єктом інтересу та дослідження нейронаукової спільноти, хоча багато відповідей ще потрібно знайти.

У цій статті ми побачимо, що це за ланцюги потенціалів дії, яка їх тривалість і структура, в чому складається з концепції нейронного кодування та того, який стан досліджень зараз у цьому тема.

• Пов'язана стаття: "Типи нейронів: характеристика та функції"

Що таке ланцюг потенціалів дії?

Щоб зрозуміти, що таке потяги потенціалів дії, давайте спочатку розглянемо, з чого складається потенціал дії.

Наш мозок містить приблизно сотні мільярдів нейронів, що видають сигнали для постійного спілкування один з одним. Ці сигнали мають електрохімічний характер і проходять від клітинного тіла нейрона через його аксон або нейрит до наступного нейрона.

Кожен із цих електричних сигналів або імпульсів відомий як потенціал дії. Потенціали дії виникають у відповідь на подразники або спонтанно

кожен знімок зазвичай триває 1 мілісекунду.

Послідовність потенціалів дії — це просто комбінована послідовність активації та відсутності активації. Щоб було легше зрозуміти: уявімо цифрову послідовність нулів і одиниць, як у двійковій системі; ми призначимо 1 для поїздки та 0 для відсутності поїздки. У цьому випадку ланцюг потенціалів дії може бути закодований як числова послідовність, наприклад: 00111100. Перші два нулі означатимуть час затримки між поданням стимулу та першим запалюванням або потенціалом дії.

Потяги потенційних дій можуть бути створені за допомогою прямого сенсорного введення від зору, дотику, звуку або запаху; і вони також можуть бути викликані абстрактними стимулами, викликаними використанням когнітивних процесів, таких як пам'ять (наприклад, викликаючи спогади).

• Вас може зацікавити: "Потенціал дії: що це таке і які його фази?"

тривалість і структура

Тривалість і структура ланцюга потенціалів дії в основному залежать від інтенсивності і тривалості подразника. Ці типи потенціалів дії зазвичай тривають і залишаються «увімкненими» до тих пір, поки присутній стимул.

Однак деякі нейрони мають спеціальні електричні властивості, які змушують їх виробляти тривалу відповідь на дуже короткий подразник. У цьому типі нейронів стимули більшої інтенсивності мають тенденцію провокувати довші серії потенціалів дії..

Коли потенціали дії багаторазово записуються з нейрона у відповідь на стимули змінюючи (або коли організм генерує різну поведінку), вони прагнуть підтримувати відносну стабільний. Однак схема спрацьовування кожного ряду потенціалів дії змінюється в міру зміни стимулу; Як правило, швидкість пострілів (швидкість стрільби) змінюється залежно від різних умов.

нейронне кодування

потяги потенціалу дії викликали й продовжують становити інтерес для нейронаукової спільноти, враховуючи його особливості. Багато дослідників у своїх дослідженнях намагаються з’ясувати, яка саме інформація закодована в цих потенціалах дії та як нейрони здатні її декодувати.

Нейронне кодування — це галузь нейронауки, яка вивчає, як сенсорна інформація представлена ​​в нашому мозку за допомогою нейронних мереж. Дослідники часто стикаються з великими труднощами, намагаючись розшифрувати потенціал дії.

Важко уявити ланцюг потенціалів дії як суто бінарний вихідний пристрій.. Нейрони мають мінімальний поріг активації і спрацьовують, лише якщо інтенсивність стимулу перевищує цей поріг. Якщо пред'являти постійний стимул, буде створюватися ланцюг потенціалів дії. Однак з часом поріг активації буде збільшуватися.

Останнє, що називається сенсорною адаптацією, є результат таких процесів, як синаптична десенсибілізація, зменшення відповіді на постійний стимул, що виробляється в синапсі (хімічний зв’язок між двома нейронами).

Цей результат призведе до зменшення спрацьовування, пов’язаного зі стимулом, яке зрештою зменшиться до нуля. згаданий процес допомагає мозку не перевантажуватися інформацією з навколишнього середовища, яка залишається незмінною. Наприклад, коли через деякий час ми перестаємо відчувати запах парфумів, які нанесли, або коли ми адаптуємося до фонового шуму, який спочатку нам заважає.

Останні дослідження

Як ми вже знаємо, нейрони спілкуються через генерацію потенціалів дії, які є може поширюватися від одного нейрона (відправного або пресинаптичного) до іншого (приймаючого або постсинаптичного) через синапс. Таким чином, коли пресинаптичний нейрон генерує потенціал дії, постсинаптичний нейрон здатний сприймати його і генерувати відповідь, яка, зрештою, може створити новий потенціал дії, у цьому випадку постсинаптичний.

Різні послідовності або ланцюги пресинаптичних потенціалів дії зазвичай створюють різні ланцюги постсинаптичних потенціалів дії. Це через це нейронаукове співтовариство вважає, що існує "нейронний код", пов'язаний із часом виникнення потенціалів дії; тобто один і той же нейрон може використовувати кілька різних послідовностей потенціалів дії для кодування, зі свого боку, різних типів інформації.

З іншого боку, електрична активність нейрона зазвичай безсумнівно змінна, і рідко повністю визначається стимулом. Перед послідовним повторенням того самого стимулу нейрон щоразу реагує іншим ланцюжком потенціалів дії. Досі дослідники не змогли охарактеризувати реакцію нейронів на стимули, а також не змогли чітко визначити, як кодується інформація.

Дотепер вважалося, що вся інформація, яка зберігається в серії потенціалів дії, була закодована в її частоті; тобто в кількості потенціалів дії, які виникають за одиницю часу. Але в останні роки досліджується можливість того, що точні моменти, коли виникає кожен потенціал дії, можуть містити критичну інформацію і навіть «нейронний підпис»; тобто свого роду часовий шаблон, який дозволив би ідентифікувати випромінюючий нейрон.

Останні дослідження вказують на розробку нового методу, який би дозволив охарактеризувати a ланцюг потенціалів дії на основі часу кожного з потенціалів дії те саме. Застосовуючи цю процедуру, можна було б вирівняти різні послідовності та визначити, які потенціали дії еквівалентні в кожному з ланцюгів. І з цією інформацією, можна розрахувати статистичний розподіл, який слідує за кожним потенціалом дії в гіпотетичному «ідеальному потягу»..

Цей ідеальний ланцюг потенціалів дій представляв би загальний шаблон, кожен із фактичних ланцюгів якого є лише конкретною реалізацією. Після характеристики можна було б знати, чи може новий ланцюг потенціалів дії відповідати розподілу чи ні, і, отже, знати, чи кодує він ту саму інформацію. Ця концепція ідеального потягу може мати цікаві наслідки для вивчення та інтерпретації нейронного коду, а також для зміцнення теорії нейронних сигнатур.

Бібліографічні посилання:

• Стронг, С.П., Коберле, Р., де Руйтер ван Стівенінк. Р.Р., Бялек, В. (1998). Ентропія та інформація в нейронних спайках. Phys Rev Lett; 80:стор. 197 - 200.