หุ้น:
การกระทำที่เป็นไปได้กับข้อความของเซลล์ประสาท
การกระทำที่มีศักยภาพ มันเป็นปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าหรือเคมีระยะสั้นที่เกิดขึ้นในเซลล์ประสาทของสมองของเรา อาจกล่าวได้ว่าเป็นข้อความที่จะส่งไปยังเซลล์ประสาทอื่น.
มันถูกผลิตในร่างกายของเซลล์ (นิวเคลียส) หรือที่เรียกว่าโสม เคลื่อนที่ผ่านแอกซอนทั้งหมด (ส่วนต่อขยายของเซลล์ประสาทคล้ายกับสายเคเบิล) จนถึงปลายเรียกว่าปุ่มเทอร์มินัล.
ศักย์การกระทำในซอนจะมีระยะเวลาและความเข้มเท่ากันเสมอ หากซอนแยกออกเป็นส่วนขยายอื่น ๆ ศักยภาพการกระทำจะถูกแบ่งออก แต่ความเข้มของมันจะไม่ลดลง.
เมื่อการกระทำที่มีศักยภาพถึงปุ่มขั้วของเซลล์ประสาทพวกเขาหลั่งสารเคมีที่เรียกว่าสารสื่อประสาท สารเหล่านี้จะกระตุ้นหรือยับยั้งเซลล์ประสาทที่ได้รับพวกมันสามารถสร้างศักยภาพการกระทำในเซลล์ประสาทดังกล่าว.
สิ่งที่รู้มากเกี่ยวกับศักยภาพการออกฤทธิ์ของเซลล์ประสาทนั้นมาจากการทดลองที่ทำกับซอนปลาหมึกยักษ์ มันง่ายที่จะศึกษาเพราะขนาดของมันเนื่องจากมันขยายจากหัวถึงหาง พวกเขาให้บริการเพื่อให้สัตว์สามารถเคลื่อนไหว.
ศักย์เยื่อหุ้มเซลล์ประสาท
เซลล์ประสาทมีประจุไฟฟ้าที่แตกต่างจากภายใน ความแตกต่างนี้เรียกว่า ศักยภาพของเมมเบรน.
เมื่อมีเซลล์ประสาทอยู่ ศักยภาพที่เหลือ, หมายความว่าประจุไฟฟ้าของมันจะไม่ถูกเปลี่ยนแปลงโดยศักยภาพของสารกระตุ้นหรือยับยั้ง synaptic.
ในทางตรงกันข้ามเมื่อศักยภาพอื่น ๆ มีอิทธิพลต่อศักยภาพของเยื่อหุ้มเซลล์จะลดลง สิ่งนี้เรียกได้ว่า สลับขั้ว.
หรือในทางตรงกันข้ามเมื่อศักยภาพของเมมเบรนเพิ่มขึ้นตามศักยภาพปกติของมันปรากฏการณ์ที่เรียกว่า hyperpolarization.
เมื่อการผกผันของเยื่อหุ้มเซลล์เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วมากอย่างฉับพลันก็จะมี การกระทำที่มีศักยภาพ. สิ่งนี้ประกอบด้วยแรงกระตุ้นไฟฟ้าสั้น ๆ ซึ่งแปลเป็นข้อความที่เคลื่อนที่ผ่านแอกซอนของเซลล์ประสาท มันเริ่มต้นในร่างกายของเซลล์ถึงปุ่มขั้ว.
มันเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องเน้นว่าสำหรับการกระทำที่อาจเกิดขึ้นการเปลี่ยนแปลงทางไฟฟ้าจะต้องถึงเกณฑ์ที่เรียกว่า เกณฑ์การกระตุ้น. มันคือค่าของศักยภาพของเมมเบรนที่จะต้องมีการเข้าถึงเพื่อให้เกิดการกระทำที่อาจเกิดขึ้นได้.
ศักยภาพของการกระทำและการเปลี่ยนแปลงในระดับไอออน
ภายใต้สภาวะปกติเซลล์ประสาทก็พร้อมที่จะรับโซเดียม (Na +) ข้างใน อย่างไรก็ตามเมมเบรนของมันไม่สามารถดูดซึมไอออนนี้ได้มาก.
นอกจากนี้ยังมี "โปแตสเซียม - โพแทสเซียม" ที่รู้จักกันดีซึ่งเป็นโปรตีนที่พบในเยื่อหุ้มเซลล์ที่ทำหน้าที่กำจัดโซเดียมไอออน โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับทุก 3 ไอออนของโซเดียมสกัดป้อนสองโพแทสเซียม.
ผู้ขนส่งเหล่านี้รักษาระดับโซเดียมต่ำไว้ในเซลล์ หากการซึมผ่านของเซลล์เพิ่มขึ้นและปริมาณโซเดียมที่เพิ่มขึ้นอย่างฉับพลันศักยภาพเยื่อหุ้มเซลล์จะเปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรง เห็นได้ชัดว่านี่คือสิ่งที่ทำให้เกิดการกระทำที่อาจเกิดขึ้น.
โดยเฉพาะอย่างยิ่งการซึมผ่านของเยื่อหุ้มเซลล์ไปสู่โซเดียมจะเพิ่มขึ้นเข้าสู่เซลล์ประสาท ในขณะเดียวกันก็ช่วยให้โพแทสเซียมไอออนออกมาจากเซลล์.
การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เกิดขึ้นได้อย่างไรในการซึมผ่าน??
เซลล์มีโปรตีนจำนวนมากฝังอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์ ช่องไอออน. สิ่งเหล่านี้มีช่องเปิดซึ่งไอออนสามารถเข้าหรือออกจากเซลล์ได้แม้ว่าจะไม่เปิดตลอดเวลา ช่องถูกปิดหรือเปิดตามกิจกรรมบางอย่าง.
มีหลายช่องทางของไอออนและแต่ละชนิดมีความเชี่ยวชาญในการขับเคลื่อนไอออนบางชนิดโดยเฉพาะ.
ตัวอย่างเช่นช่องโซเดียมที่เปิดสามารถส่งได้มากกว่า 100 ล้านไอออนต่อวินาที.
วิธีสร้างศักยภาพการกระทำ?
เซลล์ประสาทส่งข้อมูลทางเคมีไฟฟ้า ซึ่งหมายความว่าสารเคมีผลิตสัญญาณไฟฟ้า.
สารเคมีเหล่านี้มีประจุไฟฟ้าซึ่งเป็นสาเหตุที่เรียกว่าไอออน สิ่งสำคัญที่สุดในระบบประสาทคือโซเดียมและโพแทสเซียมซึ่งมีประจุเป็นบวก นอกเหนือจากแคลเซียม (ประจุบวก 2 ค่า) และคลอรีน (ประจุลบหนึ่งค่า).
การเปลี่ยนแปลงศักยภาพของเมมเบรน
ขั้นตอนแรกสำหรับการกระทำที่อาจเกิดขึ้นคือการเปลี่ยนแปลงในเยื่อหุ้มเซลล์ของเซลล์ การเปลี่ยนแปลงนี้จะต้องเกินขีด จำกัด ที่เร้าอารมณ์.
โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีการลดลงของศักยภาพเมมเบรนซึ่งเรียกว่าการสลับขั้ว.
เปิดช่องโซเดียม
เป็นผลให้ช่องโซเดียมที่ฝังอยู่ในเยื่อเปิดขึ้นทำให้โซเดียมสามารถเข้าไปในเซลล์ประสาทได้อย่างหนาแน่น สิ่งเหล่านี้ถูกขับเคลื่อนโดยการแพร่และแรงดันไฟฟ้าสถิต.
เนื่องจากไอออนของโซเดียมมีประจุเป็นบวกจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วในศักยภาพของเมมเบรน.
เปิดช่องโพแทสเซียม
แอกซอนเมมเบรนมีทั้งโซเดียมและโพแทสเซียมช่องทาง อย่างไรก็ตามหลังเปิดในภายหลังเพราะพวกเขามีความไวน้อย นั่นคือพวกเขาต้องการระดับ depolarization ที่สูงขึ้นเพื่อเปิดขึ้นและนั่นเป็นเหตุผลที่พวกเขาเปิดในภายหลัง.
ปิดช่องโซเดียม
มีเวลาที่ศักยภาพในการดำเนินการมาถึงค่าสูงสุด จากช่วงเวลานี้ช่องโซเดียมถูกปิดกั้นและปิด.
พวกเขาไม่สามารถเปิดได้อีกต่อไปจนกว่าจะถึงเยื่อหุ้มศักยภาพที่เหลืออีกครั้ง เป็นผลให้โซเดียมไม่สามารถเข้าสู่เซลล์ประสาทได้อีก.
ปิดช่องโพแทสเซียม
อย่างไรก็ตามช่องโพแทสเซียมยังคงเปิดอยู่ สิ่งนี้ทำให้ไอออนโพแทสเซียมไหลผ่านเซลล์.
เนื่องจากการแพร่กระจายและความดันไฟฟ้าสถิตเนื่องจากภายในของซอนมีประจุบวกโพแทสเซียมไอออนจะถูกผลักออกจากเซลล์.
ดังนั้นเมมเบรนที่มีศักยภาพจะคืนค่าปกติ ช่องโพแทสเซียมกำลังปิดอยู่เรื่อย ๆ.
ประจุบวกนี้จะทำให้เมมเบรนมีแนวโน้มที่จะกู้คืนค่าปกติ เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นช่องโพแทสเซียมจะเริ่มปิดอีกครั้ง.
ในขณะที่ศักยภาพของเมมเบรนถึงค่าปกติช่องโพแทสเซียมจะปิดสนิท อีกไม่นานช่องโซเดียมก็เปิดใช้งานอีกครั้งเตรียมความพร้อมสำหรับการสลับขั้วอีกครั้งเพื่อเปิด.
ในที่สุดตัวขนย้ายโซเดียมโพแทสเซียมจะแยกโซเดียมที่ผ่านเข้ามาและกู้คืนโพแทสเซียมที่เหลือไปก่อนหน้านี้.
ข้อมูลมีการแพร่กระจายโดยซอนอย่างไร?
ซอนประกอบด้วยส่วนหนึ่งของเซลล์ประสาทซึ่งเป็นส่วนต่อขยายของหลังคล้ายกับสายเคเบิล พวกมันอาจยาวมากที่จะอนุญาตให้เซลล์ประสาทที่อยู่ห่างออกไปทางร่างกายสามารถเชื่อมต่อและส่งข้อมูลได้.
การกระทำที่เป็นไปได้แพร่กระจายไปตามแนวซอนและถึงปุ่มเทอร์มินัลเพื่อส่งข้อความไปยังเซลล์ถัดไป.
หากเราวัดความเข้มของศักย์การกระทำจากส่วนต่างๆของซอนเราจะพบว่าความเข้มนั้นยังคงเหมือนเดิมในทุกพื้นที่.
กฎหมายของทั้งหมดหรือไม่มีอะไร
สิ่งนี้เกิดขึ้นเพราะการนำของซอนตามกฎพื้นฐาน: กฎของทั้งหมดหรือไม่มีอะไร นั่นคือศักยภาพการกระทำที่ได้รับหรือไม่ได้รับ เมื่อมันเริ่มต้นมันจะเดินทางไปทั่วแอกซอนไปสุดขั้วรักษาขนาดเดียวกันเสมอไม่เพิ่มขึ้นหรือลดลง ยิ่งกว่านั้นถ้าแอกซอนแตกแขนงออกไปศักยภาพในการกระทำก็จะถูกแบ่งออก แต่จะคงขนาดไว้.
ศักย์การกระทำเริ่มต้นที่จุดสิ้นสุดของซอนซึ่งอยู่ติดกับโสมของเซลล์ประสาท โดยปกติพวกเขามักจะเดินทางในทิศทางเดียวเท่านั้น.
ศักยภาพของการกระทำและพฤติกรรม
เป็นไปได้ว่า ณ จุดนี้คุณอาจถามตัวเองว่า: หากการกระทำที่อาจเกิดขึ้นเป็นกระบวนการทั้งหมดหรือไม่ทำอะไรพฤติกรรมบางอย่างเช่นการหดตัวของกล้ามเนื้อเกิดขึ้นที่สามารถแตกต่างกันในระดับที่แตกต่างกันของความรุนแรง? สิ่งนี้เกิดขึ้นตามกฎของความถี่.
กฎของความถี่
สิ่งที่เกิดขึ้นคือโอกาสในการกระทำเพียงครั้งเดียวไม่ได้ให้ข้อมูลโดยตรง ข้อมูลจะถูกกำหนดโดยความถี่ของการปลดปล่อยหรืออัตราการยิงของซอน นั่นคือความถี่ที่อาจเกิดการกระทำที่อาจเกิดขึ้น สิ่งนี้เรียกว่า "กฎความถี่".
ดังนั้นความถี่สูงของการกระทำที่มีศักยภาพจะนำไปสู่การหดตัวของกล้ามเนื้อที่รุนแรงมาก.
สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นกับการรับรู้ ยกตัวอย่างเช่นตัวกระตุ้นการมองเห็นที่สว่างมากที่จะจับต้องผลิต "อัตราการยิง" ที่สูงในซอนที่ติดอยู่กับดวงตา ด้วยวิธีนี้ความถี่ของการกระทำที่มีศักยภาพสะท้อนให้เห็นถึงความรุนแรงของการกระตุ้นทางกายภาพ.
ดังนั้นกฎหมายของทั้งหมดหรือไม่มีสิ่งใดถูกเติมเต็มด้วยกฎความถี่.
การแลกเปลี่ยนข้อมูลรูปแบบอื่น ๆ
ศักย์ไฟฟ้ากระทำไม่ได้เป็นสัญญาณไฟฟ้าชนิดเดียวที่เกิดขึ้นในเซลล์ประสาท ตัวอย่างเช่นเมื่อส่งข้อมูลผ่าน synapse มีแรงกระตุ้นไฟฟ้าขนาดเล็กในเยื่อหุ้มเซลล์ประสาทที่รับข้อมูล.
ในบางโอกาสการสลับขั้วเล็กน้อยที่อ่อนแอเกินกว่าที่จะสร้างศักย์ไฟฟ้าได้อาจทำให้เยื่อหุ้มเซลล์เปลี่ยนไปเล็กน้อย.
อย่างไรก็ตามการเปลี่ยนแปลงนี้จะลดลงทีละเล็กทีละน้อยขณะเดินทางผ่านซอน ในการส่งข้อมูลประเภทนี้ช่องโซเดียมหรือโพแทสเซียมจะถูกเปิดหรือปิด.
ดังนั้นซอนจึงทำหน้าที่เป็นสายเคเบิลใต้น้ำ เมื่อสัญญาณถูกส่งโดยมันความกว้างของมันจะลดลง เรื่องนี้เป็นที่รู้จักกันในนามการนำลดลงและเกิดขึ้นเนื่องจากลักษณะของซอน.
ศักยภาพการดำเนินการและไมอีลิน
แกนของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเกือบทั้งหมดถูกปกคลุมไปด้วยไมอีลิน นั่นคือพวกเขามีส่วนที่ล้อมรอบด้วยสารที่ช่วยให้การนำเส้นประสาททำให้มันเร็วขึ้น Myelin ล้อมรอบแอกซอนโดยไม่ปล่อยให้ของเหลวนอกเซลล์ไหลออกมา.
Myelin ผลิตในระบบประสาทส่วนกลางโดยเซลล์ที่เรียกว่า oligodendrocytes ในขณะที่ในระบบประสาทส่วนปลายมันถูกผลิตโดยเซลล์ชวาน.
เซ็กเมนต์ไมอีลินหรือที่รู้จักกันในชื่อ myelin sheaths จะถูกแบ่งออกเป็นส่วน ๆ ตามส่วนของแอกซอน พื้นที่เหล่านี้เรียกว่า Ranvier nodules และสัมผัสกับของเหลวนอกเซลล์.
ศักย์การกระทำถูกส่งผ่านแตกต่างกันในซอนที่ไม่ได้ผ่านการเหนี่ยวนำ (ซึ่งไม่ได้ครอบคลุมโดยไมอีลิน).
ศักยภาพในการออกฤทธิ์สามารถเดินทางผ่านเยื่อเมซอนที่ปกคลุมด้วยไมอีลินด้วยคุณสมบัติของสายเคเบิล ซอนในลักษณะนี้ดำเนินการเปลี่ยนแปลงทางไฟฟ้าจากสถานที่ที่มีศักยภาพการกระทำที่เกิดขึ้นจนกว่าโหนกถัดไปของ Ranvier.
การเปลี่ยนแปลงนี้ลดลงเล็กน้อย แต่รุนแรงพอที่จะทำให้เกิดการกระทำที่มีศักยภาพในโหนดถัดไป จากนั้นศักยภาพนี้จะถูกเรียกอีกครั้งหรือทำซ้ำในแต่ละโหนดของ Ranvier ซึ่งจะถูกขนส่งไปทั่วทั้งโซน myelinated ไปยังก้อนถัดไป.
ความสามารถในการนำความร้อนชนิดนี้เรียกว่าการนำความเค็ม ชื่อของมันมาจากละติน "saltare" ซึ่งหมายถึง "การเต้นรำ" แนวคิดคือแรงกระตุ้นที่ดูเหมือนจะกระโดดจากโหนกไปที่โหนก.
ข้อดีของการนำความเค็มไปส่งศักยภาพการกระทำ
การขับขี่ประเภทนี้มีข้อดี ก่อนเพื่อประหยัดพลังงาน ผู้ขนส่งโซเดียมโพแทสเซียมใช้พลังงานจำนวนมากในการสกัดโซเดียมส่วนเกินออกจากภายในซอนเมื่อมีโอกาสกระทำ.
transporters โซเดียมโพแทสเซียมเหล่านี้ตั้งอยู่ในพื้นที่ของซอนที่ไม่ได้ปกคลุมด้วยไมอีลิน อย่างไรก็ตามในเซลลูโลสแอกซอนโซเดียมสามารถเข้าสู่ก้อนของ Ranvier ได้เท่านั้น ดังนั้นโซเดียมจึงน้อยลงและด้วยเหตุนี้จึงต้องสูบโซเดียมน้อยลง ดังนั้นผู้ขนส่งโซเดียมโพแทสเซียมจึงต้องทำงานน้อยลง.
ประโยชน์อีกอย่างของไมอีลินก็คือความรวดเร็ว ความสามารถในการกระทำถูกผลักดันอย่างรวดเร็วในซอน myelinated เนื่องจากแรงกระตุ้น "กระโดด" จากโหนหนึ่งไปยังอีกก้อนหนึ่งโดยไม่ต้องผ่านทั้งซอน.
ความเร็วที่เพิ่มขึ้นนี้ทำให้สัตว์คิดและตอบสนองได้เร็วขึ้น สิ่งมีชีวิตอื่น ๆ เช่นปลาหมึกมีแอกซอนที่ไม่มีไมอีลินซึ่งมีความเร็วเพิ่มขึ้นเนื่องจากขนาดของมันเพิ่มขึ้น ซอนของปลาหมึกมีเส้นผ่าศูนย์กลางขนาดใหญ่ (ประมาณ 500 μm) ซึ่งช่วยให้พวกเขาเดินทางได้เร็วขึ้น (ประมาณ 35 เมตรต่อวินาที).
อย่างไรก็ตามด้วยความเร็วเดียวกันนั้นศักยภาพในการเคลื่อนที่ของแอกซอนจะเคลื่อนที่แม้ว่าจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 6 ไมครอนก็ตาม สิ่งที่เกิดขึ้นคือแอกซอนเหล่านี้มีส่วนประกอบของไมอีลิน.
Axon myelinated สามารถนำไปสู่ศักยภาพในการกระทำด้วยความเร็วประมาณ 432 กิโลเมตรต่อชั่วโมงโดยมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 μm.
การอ้างอิง
- ศักยภาพการดำเนินการ ( N.d. ) สืบค้นจาก 5 มีนาคม 2560 จาก Hyperphysics, Georgia State University: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
- Carlson, N.R. (2006) สรีรวิทยาของพฤติกรรม 8th เอ็ดมาดริด: เพียร์สัน.
- Chudler, E. (s.f. ) ไฟกล้องศักยภาพการกระทำ สืบค้นเมื่อวันที่ 5 มีนาคม 2560 จาก University of Washington: Faculty.washington.edu.
- ขั้นตอนของศักยภาพการกระทำ ( N.d. ) สืบค้นเมื่อวันที่ 5 มีนาคม 2017 จาก Boundless: boundless.com.