การกระทำที่มีศักยภาพ: ข้อความของเซลล์ประสาท

ศักยภาพในการออกฤทธิ์ เป็นปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าหรือเคมีระยะสั้นที่เกิดขึ้นในเซลล์ประสาทในสมองของเรา อาจกล่าวได้ว่าเป็นข้อความที่จะส่งไปยังเซลล์ประสาทอื่น

มันถูกผลิตในร่างกายของเซลล์ (นิวเคลียส) หรือที่เรียกว่าโสม มันเดินทางผ่านแอกซอนทั้งหมด (ส่วนขยายของเซลล์ประสาทคล้ายกับสายเคเบิล) จนกระทั่งถึงจุดสิ้นสุดเรียกว่าปุ่มเทอร์มินัล

ศักย์การกระทำในซอนจะมีระยะเวลาและความเข้มเท่ากันเสมอ หากซอนแยกออกเป็นส่วนขยายอื่น ๆ ศักยภาพการกระทำจะถูกแบ่งออก แต่ความเข้มของมันจะไม่ลดลง

เมื่อการกระทำที่มีศักยภาพถึงปุ่มขั้วของเซลล์ประสาทพวกเขาหลั่งสารเคมีที่เรียกว่าสารสื่อประสาท สารเหล่านี้ทำให้ตื่นเต้นหรือยับยั้งเซลล์ประสาทที่รับพวกมันสามารถสร้างศักยภาพการกระทำในเซลล์ประสาทดังกล่าว

สิ่งที่รู้มากเกี่ยวกับศักยภาพการออกฤทธิ์ของเซลล์ประสาทนั้นมาจากการทดลองที่ทำกับซอนปลาหมึกยักษ์ มันง่ายที่จะศึกษาเพราะขนาดของมันเนื่องจากมันขยายจากหัวถึงหาง พวกเขาให้บริการเพื่อให้สัตว์สามารถเคลื่อนไหว

ศักย์เยื่อหุ้มเซลล์ประสาท

เซลล์ประสาทมีประจุไฟฟ้าที่แตกต่างจากภายใน ความแตกต่างนี้เรียกว่า ศักยภาพของเมมเบรน

เมื่อเซลล์ประสาทมี ศักยภาพ ในการ พักพลังงาน ก็หมายความว่าประจุไฟฟ้าของมันจะไม่ถูกเปลี่ยนแปลงโดยศักย์ไฟฟ้า synaptic หรือการยับยั้ง

ในทางตรงกันข้ามเมื่อศักยภาพอื่น ๆ มีอิทธิพลต่อศักยภาพเยื่อหุ้มเซลล์จะลดลง สิ่งนี้เรียกว่าการ สลับขั้ว

หรือในทางตรงกันข้ามเมื่อศักยภาพของเมมเบรนเพิ่มขึ้นตามศักยภาพปกติปรากฏการณ์ที่เรียกว่า

เมื่อการผกผันของเยื่อหุ้มเซลล์เกิดขึ้นอย่างฉับพลันอย่างกระทันหันจะเกิดการ กระทำ สิ่งนี้ประกอบด้วยแรงกระตุ้นไฟฟ้าสั้น ๆ ซึ่งแปลเป็นข้อความที่เคลื่อนที่ผ่านแอกซอนของเซลล์ประสาท มันเริ่มต้นในร่างกายของเซลล์ถึงปุ่มขั้ว

มันเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องทราบว่าสำหรับการกระทำที่อาจเกิดขึ้นการเปลี่ยนแปลงทางไฟฟ้าจะต้องถึงเกณฑ์ที่เรียกว่า เกณฑ์การกระตุ้น มันคือค่าของศักยภาพของเมมเบรนที่จำเป็นต้องเข้าถึงเพื่อให้เกิดการกระทำที่อาจเกิดขึ้นได้

ศักยภาพของการกระทำและการเปลี่ยนแปลงในระดับไอออน

ภายใต้สภาวะปกติเซลล์ประสาทก็พร้อมที่จะรับโซเดียม (Na +) ข้างใน อย่างไรก็ตามเมมเบรนของมันไม่สามารถดูดซึมไอออนนี้ได้มาก

นอกจากนี้ยังมี "โปแตสเซียม - โพแทสเซียม" ที่รู้จักกันดีซึ่งเป็นโปรตีนที่พบในเยื่อหุ้มเซลล์ซึ่งมีหน้าที่รับผิดชอบในการกำจัดไอออนโซเดียมออกจากมันและแนะนำโพแทสเซียมไอออนเข้าไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับทุก 3 ไอออนของโซเดียมสกัดให้ป้อนสองโพแทสเซียม

ผู้ขนส่งเหล่านี้รักษาระดับโซเดียมต่ำไว้ในเซลล์ หากการซึมผ่านของเซลล์เพิ่มขึ้นและปริมาณโซเดียมที่เพิ่มขึ้นอย่างฉับพลันศักยภาพเยื่อหุ้มเซลล์จะเปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรง เห็นได้ชัดว่านี่คือสิ่งที่ทำให้เกิดการกระทำที่อาจเกิดขึ้น

โดยเฉพาะอย่างยิ่งการซึมผ่านของเยื่อหุ้มเซลล์ไปสู่โซเดียมจะเพิ่มขึ้นเข้าไปในเซลล์ประสาท ในขณะเดียวกันก็ช่วยให้โพแทสเซียมไอออนออกจากเซลล์ได้

การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เกิดขึ้นได้อย่างไรในการซึมผ่าน?

เซลล์ได้ฝังตัวอยู่ในเยื่อหุ้มโปรตีนหลายชนิดที่เรียกว่า ไอออนแชนแนล สิ่งเหล่านี้มีช่องเปิดซึ่งไอออนสามารถเข้าหรือออกจากเซลล์ได้แม้ว่าจะไม่เปิดตลอดเวลา ช่องถูกปิดหรือเปิดตามกิจกรรมบางอย่าง

มีหลายช่องทางของไอออนและแต่ละชนิดมีความเชี่ยวชาญในการขับเคลื่อนไอออนบางชนิดโดยเฉพาะ

ตัวอย่างเช่นช่องโซเดียมที่เปิดสามารถส่งได้มากกว่า 100 ล้านไอออนต่อวินาที

ศักยภาพการดำเนินการผลิตได้อย่างไร?

เซลล์ประสาทส่งข้อมูลทางเคมีไฟฟ้า ซึ่งหมายความว่าสารเคมีผลิตสัญญาณไฟฟ้า

สารเคมีเหล่านี้มีประจุไฟฟ้าซึ่งเป็นสาเหตุที่เรียกว่าไอออน สิ่งสำคัญที่สุดในระบบประสาทคือโซเดียมและโพแทสเซียมซึ่งมีประจุเป็นบวก นอกเหนือไปจากแคลเซียม (2 ประจุบวก) และคลอรีน (ประจุลบ)

การเปลี่ยนแปลงศักยภาพของเมมเบรน

ขั้นตอนแรกสำหรับการกระทำที่อาจเกิดขึ้นคือการเปลี่ยนแปลงในศักยภาพของเยื่อหุ้มเซลล์ การเปลี่ยนแปลงนี้จะต้องเกินขีด จำกัด ที่เร้าอารมณ์

โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีการลดลงของศักยภาพเมมเบรนซึ่งเรียกว่าการสลับขั้ว

เปิดช่องโซเดียม

เป็นผลให้ช่องโซเดียมที่ฝังอยู่ในเยื่อเปิดขึ้นทำให้โซเดียมสามารถเข้าไปในเซลล์ประสาทได้อย่างหนาแน่น สิ่งเหล่านี้ถูกขับเคลื่อนโดยการแพร่และแรงดันไฟฟ้าสถิต

เนื่องจากโซเดียมไอออนมีประจุเป็นบวกจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วในศักยภาพของเมมเบรน

เปิดช่องโพแทสเซียม

แอกซอนเมมเบรนมีทั้งโซเดียมและโพแทสเซียมช่องทาง อย่างไรก็ตามหลังเปิดในภายหลังเพราะพวกเขามีความไวน้อย นั่นคือพวกเขาต้องการระดับการสลับขั้วที่สูงขึ้นเพื่อเปิดขึ้นและนั่นเป็นสาเหตุที่พวกเขาเปิดขึ้นในภายหลัง

ปิดช่องโซเดียม

มีเวลาที่การกระทำที่อาจเกิดขึ้นถึงค่าสูงสุด หลังจากช่วงเวลานี้ช่องโซเดียมถูกปิดกั้นและปิด

พวกเขาไม่สามารถเปิดได้อีกต่อไปจนกว่าจะถึงเยื่อหุ้มศักยภาพที่เหลืออีกครั้ง เป็นผลให้โซเดียมไม่สามารถเข้าสู่เซลล์ประสาทได้อีก

ปิดช่องโพแทสเซียม

อย่างไรก็ตามช่องโพแทสเซียมยังคงเปิดอยู่ สิ่งนี้ทำให้ไอออนโพแทสเซียมไหลผ่านเซลล์

เนื่องจากการแพร่กระจายและความดันไฟฟ้าสถิตเนื่องจากด้านในของซอนมีประจุบวกโพแทสเซียมไอออนจะถูกผลักออกจากเซลล์

ดังนั้นเมมเบรนที่มีศักยภาพจะคืนค่าปกติ ช่องโพแทสเซียมกำลังปิดอยู่เรื่อย ๆ

ประจุบวกนี้จะทำให้เมมเบรนมีแนวโน้มที่จะกู้คืนค่าปกติ เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นโพแทสเซียมแชนแนลจะเริ่มปิดอีกครั้ง

ในขณะที่ศักยภาพของเมมเบรนถึงค่าปกติช่องโพแทสเซียมจะปิดสนิท อีกไม่นานช่องโซเดียมก็เปิดใช้งานอีกครั้งเตรียมการสลับขั้วอีกครั้งเพื่อเปิด

ในที่สุดตัวขนย้ายโซเดียมโพแทสเซียมจะแยกโซเดียมที่ผ่านเข้ามาและกู้คืนโพแทสเซียมที่เหลือไปก่อนหน้านี้

ข้อมูลมีการแพร่กระจายโดยซอนอย่างไร?

ซอนประกอบด้วยส่วนหนึ่งของเซลล์ประสาทซึ่งเป็นส่วนต่อขยายของหลังคล้ายกับสายเคเบิล พวกมันอาจยาวมากที่จะอนุญาตให้เซลล์ประสาทที่อยู่ห่างออกไปทางร่างกายสามารถเชื่อมต่อและส่งข้อมูลได้

การกระทำที่เป็นไปได้แพร่กระจายไปตามซอนและถึงปุ่มเทอร์มินัลเพื่อส่งข้อความไปยังเซลล์ถัดไป

หากเราวัดความเข้มของศักย์การกระทำจากส่วนต่างๆของซอนเราจะพบว่าความเข้มนั้นยังคงเท่าเดิมในทุกพื้นที่

กฎหมายของทั้งหมดหรือไม่มีอะไร

สิ่งนี้เกิดขึ้นเพราะการนำแอกซอนตามกฎพื้นฐาน: กฎของทั้งหมดหรือไม่มีอะไรเลย นั่นคือศักยภาพการกระทำที่ได้รับหรือไม่ได้รับ เมื่อมันเริ่มต้นมันจะเดินทางไปทั่วแอกซอนไปสุดขั้วรักษาขนาดเดียวกันเสมอไม่เพิ่มขึ้นหรือลดลง ยิ่งกว่านั้นถ้าซอนแตกแขนงออกไปศักยภาพในการกระทำก็จะถูกแบ่งออก แต่มันยังคงขนาดไว้

ศักย์การกระทำเริ่มต้นที่จุดสิ้นสุดของซอนซึ่งอยู่ติดกับ Soma ของเซลล์ประสาท โดยปกติพวกเขามักจะเดินทางในทิศทางเดียวเท่านั้น

ศักยภาพของการกระทำและพฤติกรรม

เป็นไปได้ว่า ณ จุดนี้คุณอาจถามตัวเองว่า: หากการกระทำที่อาจเกิดขึ้นเป็นกระบวนการทั้งหมดหรือไม่ทำอะไรพฤติกรรมบางอย่างเช่นการหดตัวของกล้ามเนื้อเกิดขึ้นที่สามารถแตกต่างกันในระดับที่แตกต่างกันของความรุนแรง? สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากกฎของความถี่

กฎของความถี่

สิ่งที่เกิดขึ้นคือโอกาสในการกระทำเพียงครั้งเดียวไม่ได้ให้ข้อมูลโดยตรง ข้อมูลจะถูกกำหนดโดยความถี่ของการปลดปล่อยหรืออัตราการยิงของซอน นั่นคือความถี่ที่อาจเกิดการกระทำที่อาจเกิดขึ้น สิ่งนี้เรียกว่า "กฎความถี่"

ดังนั้นความถี่สูงของการกระทำที่มีศักยภาพจะนำไปสู่การหดตัวของกล้ามเนื้อที่รุนแรงมาก

สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นกับการรับรู้ ตัวอย่างเช่นการกระตุ้นด้วยสายตาที่สดใสมากที่จะจับต้องผลิต "อัตราการยิง" ที่สูงในซอนที่ติดอยู่กับดวงตา ด้วยวิธีนี้ความถี่ของการกระทำที่มีศักยภาพสะท้อนให้เห็นถึงความรุนแรงของการกระตุ้นทางกายภาพ

ดังนั้นกฎหมายของทั้งหมดหรือไม่มีสิ่งใดถูกเติมเต็มด้วยกฎความถี่

การแลกเปลี่ยนข้อมูลรูปแบบอื่น

ศักย์ไฟฟ้ากระทำไม่ได้เป็นสัญญาณไฟฟ้าชนิดเดียวที่เกิดขึ้นในเซลล์ประสาท ตัวอย่างเช่นการส่งข้อมูลผ่าน synapse ให้แรงกระตุ้นไฟฟ้าขนาดเล็กไปยังเยื่อหุ้มเซลล์ประสาทที่ได้รับข้อมูล

ในบางโอกาสการสลับขั้วเล็กน้อยที่อ่อนแอเกินกว่าที่จะสร้างศักย์การกระทำสามารถเปลี่ยนแปลงศักยภาพเยื่อหุ้มเซลล์ได้เล็กน้อย

อย่างไรก็ตามการเปลี่ยนแปลงนี้จะลดลงทีละเล็กทีละน้อยขณะเดินทางผ่านซอน ในการรับส่งข้อมูลประเภทนี้ช่องโซเดียมหรือโพแทสเซียมจะถูกเปิดหรือปิด

ดังนั้นซอนจึงทำหน้าที่เป็นสายเคเบิลใต้น้ำ เมื่อสัญญาณถูกส่งโดยมันความกว้างของมันจะลดลง เรื่องนี้เป็นที่รู้จักกันในนามการนำลดลงและมันเกิดขึ้นเนื่องจากลักษณะของซอน

ศักยภาพการดำเนินการและไมอีลิน

แกนของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเกือบทั้งหมดถูกปกคลุมไปด้วยไมอีลิน นั่นคือพวกเขามีส่วนที่ล้อมรอบด้วยสารที่ช่วยให้การนำเส้นประสาททำให้มันเร็วขึ้น Myelin ล้อมรอบแอกซอนโดยไม่ปล่อยให้ของเหลวนอกเซลล์ไหลออกมา

Myelin ผลิตในระบบประสาทส่วนกลางโดยเซลล์ที่เรียกว่า oligodendrocytes ในขณะที่ในระบบประสาทส่วนปลายมันถูกผลิตโดยเซลล์ชวาน

เซ็กเมนต์ไมอีลินหรือที่รู้จักกันในชื่อไมอีลินกาบแบ่งออกเป็นส่วน ๆ ตามพื้นที่แอกซอน พื้นที่เหล่านี้เรียกว่า Ranvier nodules และสัมผัสกับของเหลวนอกเซลล์

ศักย์การกระทำถูกส่งผ่านแตกต่างกันในซอนที่ไม่ได้ผ่านการเหนี่ยวนำ

ศักยภาพในการออกฤทธิ์สามารถเดินทางผ่านเยื่อเมซอนที่ปกคลุมด้วยไมอีลินด้วยคุณสมบัติของสายเคเบิล ซอนในลักษณะนี้ดำเนินการเปลี่ยนแปลงทางไฟฟ้าจากสถานที่ที่มีศักยภาพการกระทำที่เกิดขึ้นกับ Ranvier โหนต่อไป

การเปลี่ยนแปลงนี้ลดลงเล็กน้อย แต่รุนแรงพอที่จะทำให้เกิดการกระทำที่มีศักยภาพในโหนดถัดไป จากนั้นศักยภาพนี้จะถูกเรียกอีกครั้งหรือทำซ้ำในแต่ละโหนดของ Ranvier เคลื่อนย้ายไปทั่วบริเวณ myelinated ไปยังก้อนถัดไป

ความสามารถในการนำความร้อนชนิดนี้เรียกว่าการนำความเค็ม ชื่อของมันมาจากละติน "saltare" ซึ่งหมายถึง "การเต้นรำ" แนวคิดนี้เป็นเพราะแรงกระตุ้นที่ดูเหมือนจะกระโดดจากโหนกไปที่โหนก

ข้อดีของการนำความเค็มไปส่งศักยภาพการกระทำ

การขับขี่ประเภทนี้มีข้อดี ก่อนเพื่อประหยัดพลังงาน ผู้ขนส่งโซเดียมโพแทสเซียมใช้พลังงานจำนวนมากในการสกัดโซเดียมส่วนเกินออกจากภายในซอนเมื่อมีโอกาสกระทำ

transporters โซเดียมโพแทสเซียมเหล่านี้ตั้งอยู่ในพื้นที่ของซอนที่ไม่ได้ปกคลุมด้วยไมอีลิน อย่างไรก็ตามในเซลลูโลสแอกซอนโซเดียมสามารถเข้าสู่ก้อนของ Ranvier ได้เท่านั้น ดังนั้นโซเดียมจึงน้อยลงและด้วยเหตุนี้จึงต้องสูบโซเดียมน้อยลงนอก ดังนั้นผู้ขนส่งโซเดียมโพแทสเซียมจึงต้องทำงานน้อยลง

ประโยชน์อีกอย่างของไมอีลินก็คือความรวดเร็ว ความสามารถในการกระทำถูกผลักดันอย่างรวดเร็วในซอน myelinated เนื่องจากแรงกระตุ้น "กระโดด" จากโหนหนึ่งไปยังอีกก้อน

การเพิ่มความเร็วนี้ทำให้สัตว์คิดและตอบสนองได้เร็วขึ้น สิ่งมีชีวิตอื่น ๆ เช่นปลาหมึกมีแอกซอนที่ไม่มีไมอีลินซึ่งมีความเร็วเพิ่มขึ้นเนื่องจากขนาดของมันเพิ่มขึ้น แกนของปลาหมึกนั้นมีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ (ประมาณ 500 μm) ซึ่งช่วยให้พวกมันเคลื่อนที่ได้เร็วขึ้น (ประมาณ 35 เมตรต่อวินาที)

อย่างไรก็ตามด้วยความเร็วเดียวกันนั้นศักยภาพในการเคลื่อนที่ของแอกซอนจะเคลื่อนที่แม้ว่าจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 6 ไมครอนก็ตาม สิ่งที่เกิดขึ้นคือแอกซอนเหล่านี้มีส่วนประกอบของไมอีลิน

Axon myelinated สามารถนำไปสู่ศักยภาพในการกระทำด้วยความเร็วประมาณ 432 กิโลเมตรต่อชั่วโมงโดยมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 μm