- ศักยภาพของเยื่อหุ้มเซลล์ประสาท
- ศักยภาพในการดำเนินการและการเปลี่ยนแปลงของระดับไอออน
- การเปลี่ยนแปลงการซึมผ่านเหล่านี้เกิดขึ้นได้อย่างไร?
- ศักยภาพในการดำเนินการผลิตได้อย่างไร?
- การเปลี่ยนแปลงศักยภาพของเมมเบรน
- การเปิดช่องโซเดียม
- ช่องโพแทสเซียม
- การปิดช่องโซเดียม
- การปิดช่องโพแทสเซียม
- ข้อมูลแพร่กระจายผ่านแอกซอนอย่างไร?
- กฎหมายทั้งหมดหรือไม่มีเลย
- ศักยภาพในการกระทำและพฤติกรรม
- กฎแห่งความถี่
- รูปแบบอื่น ๆ ของการแลกเปลี่ยนข้อมูล
- ศักยภาพในการออกฤทธิ์และไมอีลิน
- ข้อดีของการนำเกลือสำหรับการถ่ายทอดศักยภาพการกระทำ
- อ้างอิง
อาจกระทำเป็นปรากฏการณ์ไฟฟ้าหรือสารเคมีสั้น ๆ ที่เกิดขึ้นในเซลล์ประสาทของสมองของเรา อาจกล่าวได้ว่าเป็นข้อความที่เซลล์ประสาทส่งต่อไปยังเซลล์ประสาทอื่น
ศักยภาพในการออกฤทธิ์เกิดขึ้นในร่างกายของเซลล์ (นิวเคลียส) หรือที่เรียกว่าโสม มันเดินทางผ่านแอกซอนทั้งหมด (ส่วนขยายของเซลล์ประสาทคล้ายกับสายไฟ) จนกระทั่งถึงจุดสิ้นสุดเรียกว่าปุ่มขั้ว
ศักยภาพในการกระทำของแอกซอนที่กำหนดมักจะมีระยะเวลาและความรุนแรงเท่ากัน หากแอกซอนแตกแขนงไปสู่กระบวนการอื่นศักยภาพของการกระทำจะแบ่งออก แต่ความรุนแรงจะไม่ลดลง
เมื่อศักยภาพในการกระทำไปถึงปุ่มขั้วของเซลล์ประสาทพวกมันจะหลั่งสารเคมีที่เรียกว่าสารสื่อประสาท สารเหล่านี้กระตุ้นหรือยับยั้งเซลล์ประสาทที่รับสารเหล่านี้สามารถสร้างศักยภาพในการออกฤทธิ์ในเซลล์ประสาทดังกล่าว
สิ่งที่ทราบเกี่ยวกับศักยภาพในการออกฤทธิ์ของเซลล์ประสาทส่วนใหญ่มาจากการทดลองกับแอกซอนของปลาหมึกยักษ์ ง่ายต่อการศึกษาเนื่องจากขนาดของมันเนื่องจากขยายจากหัวถึงหาง พวกเขาทำหน้าที่เพื่อให้สัตว์สามารถเคลื่อนไหวได้
ศักยภาพของเยื่อหุ้มเซลล์ประสาท
A. มุมมองแผนผังของศักยภาพการกระทำในอุดมคติ B. บันทึกที่แท้จริงของศักยภาพในการกระทำ ที่มา: en: Memenen / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)
เซลล์ประสาทมีประจุไฟฟ้าภายในแตกต่างจากภายนอก ความแตกต่างนี้จะเรียกว่ามีศักยภาพเมมเบรน
เมื่อเซลล์ประสาทอยู่ในภาวะหยุดพักหมายความว่าประจุไฟฟ้าของมันจะไม่ถูกเปลี่ยนแปลงโดยศักยภาพของซินแนปติกที่กระตุ้นหรือยับยั้ง
ในทางกลับกันเมื่อศักยภาพอื่นมีอิทธิพลต่อศักยภาพของเมมเบรนจะลดลง นี้เรียกว่าการสลับขั้ว
ในทางตรงกันข้ามเมื่อการเพิ่มศักยภาพเมมเบรนที่เกี่ยวกับศักยภาพปกติเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าhyperpolarizationเกิดขึ้น
เมื่อการพลิกกลับอย่างรวดเร็วมากที่มีศักยภาพเยื่อเกิดขึ้นจู่ ๆ ก็มีศักยภาพการกระทำที่เกิดขึ้น สิ่งนี้ประกอบด้วยแรงกระตุ้นทางไฟฟ้าสั้น ๆ ซึ่งแปลเป็นข้อความที่เดินทางผ่านแอกซอนของเซลล์ประสาท เริ่มต้นในร่างกายเซลล์ไปถึงปุ่มขั้ว
กระแสประสาทเดินทางไปตามแอกซอน
ที่สำคัญสำหรับการดำเนินการที่มีศักยภาพที่จะเกิดขึ้นการเปลี่ยนแปลงไฟฟ้าต้องถึงเกณฑ์ที่เรียกว่าเกณฑ์การกระตุ้นเป็นค่าของศักยภาพของเมมเบรนที่จำเป็นต้องเข้าถึงเพื่อให้เกิดการกระทำที่อาจเกิดขึ้น
แผนผังของไซแนปส์ทางเคมี
ศักยภาพในการดำเนินการและการเปลี่ยนแปลงของระดับไอออน
การซึมผ่านของเมมเบรนของเซลล์ประสาทในระหว่างที่มีโอกาสเกิดการกระทำ สถานะพัก (1) โซเดียมและโพแทสเซียมไอออนไม่สามารถผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้และเซลล์ประสาทมีประจุลบอยู่ภายใน Depolarization (2) ของเซลล์ประสาทเปิดใช้งานช่องโซเดียมทำให้โซเดียมไอออนผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ประสาท Repolarization (3) โดยที่ช่องโซเดียมปิดและช่องโพแทสเซียมเปิดโพแทสเซียมไอออนจะข้ามเมมเบรน ในช่วงทนไฟ (4) ศักยภาพของเมมเบรนจะกลับสู่สถานะพักตัวเมื่อช่องโพแทสเซียมปิดลง ที่มา: Membrane Permeability of a Neuron during an Action Potential.pdf and Action potential, CThompson02
ภายใต้สภาวะปกติเซลล์ประสาทพร้อมที่จะรับโซเดียม (Na +) ภายใน อย่างไรก็ตามเมมเบรนของมันไม่สามารถซึมผ่านไอออนนี้ได้มากนัก
นอกจากนี้“ ตัวขนส่งโซเดียม - โพแทสเซียม” ที่รู้จักกันดียังมีโปรตีนที่พบในเยื่อหุ้มเซลล์ซึ่งทำหน้าที่กำจัดโซเดียมไอออนออกจากมันและนำโพแทสเซียมไอออนเข้าไป โดยเฉพาะสำหรับทุก ๆ 3 โซเดียมไอออนที่สกัดออกมาจะมีโพแทสเซียมไอออนสองตัว
ตัวขนส่งเหล่านี้ทำให้ระดับโซเดียมต่ำภายในเซลล์ หากความสามารถในการซึมผ่านของเซลล์เพิ่มขึ้นและโซเดียมเข้ามามากขึ้นอย่างกะทันหันศักยภาพของเมมเบรนจะเปลี่ยนไปอย่างรุนแรง เห็นได้ชัดว่านี่คือสิ่งที่กระตุ้นให้เกิดการกระทำ
โดยเฉพาะอย่างยิ่งการซึมผ่านของเมมเบรนต่อโซเดียมจะเพิ่มขึ้นซึ่งจะเข้าสู่เซลล์ประสาท ในขณะเดียวกันก็จะปล่อยให้โพแทสเซียมไอออนออกจากเซลล์
การเปลี่ยนแปลงการซึมผ่านเหล่านี้เกิดขึ้นได้อย่างไร?
เซลล์มีการฝังตัวในโปรตีนหลายเมมเบรนของพวกเขาเรียกว่าไอออนช่องทางสิ่งเหล่านี้มีช่องเปิดที่ไอออนสามารถเข้าหรือออกจากเซลล์ได้แม้ว่าจะไม่ได้เปิดตลอดเวลาก็ตาม ช่องถูกปิดหรือเปิดตามเหตุการณ์บางอย่าง
ช่องไอออนมีหลายประเภทและโดยปกติแล้วแต่ละช่องจะมีความเชี่ยวชาญในการทำไอออนบางประเภทเท่านั้น
ตัวอย่างเช่นช่องโซเดียมแบบเปิดสามารถส่งผ่านได้มากกว่า 100 ล้านไอออนต่อวินาที
ศักยภาพในการดำเนินการผลิตได้อย่างไร?
เซลล์ประสาทส่งข้อมูลทางไฟฟ้า นั่นหมายความว่าสารเคมีผลิตสัญญาณไฟฟ้า
สารเคมีเหล่านี้มีประจุไฟฟ้าซึ่งเป็นสาเหตุที่เรียกว่าไอออน ที่สำคัญที่สุดในระบบประสาท ได้แก่ โซเดียมและโพแทสเซียมซึ่งมีประจุบวก นอกจากแคลเซียม (ประจุบวก 2 ประจุ) และคลอรีน (ประจุลบหนึ่งตัว)
การเปลี่ยนแปลงศักยภาพของเมมเบรน
ขั้นตอนแรกสำหรับการกระทำที่อาจเกิดขึ้นคือการเปลี่ยนแปลงศักยภาพเยื่อหุ้มเซลล์ การเปลี่ยนแปลงนี้ต้องเกินเกณฑ์การกระตุ้น
โดยเฉพาะมีการลดลงของศักยภาพของเมมเบรนซึ่งเรียกว่าดีโพลาไรเซชัน
การเปิดช่องโซเดียม
เป็นผลให้ช่องโซเดียมที่ฝังอยู่ในเมมเบรนเปิดออกทำให้โซเดียมเข้าสู่เซลล์ประสาทได้อย่างหนาแน่น สิ่งเหล่านี้ขับเคลื่อนด้วยแรงแพร่กระจายและแรงดันไฟฟ้าสถิต
เนื่องจากโซเดียมไอออนมีประจุบวกจึงทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วในศักยภาพของเมมเบรน
ช่องโพแทสเซียม
เยื่อแอกซอนมีทั้งช่องโซเดียมและโพแทสเซียม อย่างไรก็ตามส่วนหลังจะเปิดในภายหลังเนื่องจากมีความไวน้อยกว่า นั่นคือพวกเขาต้องการการลดขั้วในระดับที่สูงขึ้นเพื่อเปิดกว้างและนั่นคือเหตุผลที่พวกเขาเปิดในภายหลัง
การปิดช่องโซเดียม
มีช่วงเวลาที่ศักยภาพในการดำเนินการถึงค่าสูงสุด ตั้งแต่ช่วงเวลานี้เป็นต้นไปช่องโซเดียมจะถูกปิดกั้นและปิด
พวกเขาไม่สามารถเปิดได้อีกต่อไปจนกว่าเมมเบรนจะกลับมาพักอีก เป็นผลให้โซเดียมไม่สามารถเข้าสู่เซลล์ประสาทได้อีกต่อไป
การปิดช่องโพแทสเซียม
อย่างไรก็ตามช่องโพแทสเซียมยังคงเปิดอยู่ ทำให้โพแทสเซียมไอออนไหลผ่านเซลล์
เนื่องจากการแพร่กระจายและความดันไฟฟ้าสถิตเนื่องจากภายในของแอกซอนมีประจุบวกไอออนโพแทสเซียมจะถูกผลักออกจากเซลล์ ดังนั้นศักยภาพของเมมเบรนจะคืนค่าตามปกติ ช่องโพแทสเซียมกำลังปิดทีละน้อย
การออกจากไอออนบวกนี้ทำให้ศักยภาพของเมมเบรนในการกู้คืนค่าปกติ เมื่อเกิดเหตุการณ์นี้ช่องโพแทสเซียมจะเริ่มปิดอีกครั้ง
ทันทีที่ศักยภาพของเมมเบรนถึงค่าปกติช่องโพแทสเซียมจะปิดสนิท หลังจากนั้นไม่นานช่องโซเดียมจะถูกเปิดใช้งานอีกครั้งเพื่อเตรียมพร้อมสำหรับการเปลี่ยนขั้วอื่นเพื่อเปิดช่องเหล่านี้
ในที่สุดผู้ขนส่งโซเดียม - โพแทสเซียมจะหลั่งโซเดียมที่เข้าไปและกู้คืนโพแทสเซียมที่หลงเหลืออยู่
ข้อมูลแพร่กระจายผ่านแอกซอนอย่างไร?
ส่วนต่างๆของเซลล์ประสาท ที่มา: ไม่มีผู้เขียนที่อ่านได้โดยเครื่อง NickGorton ~ commonswiki สันนิษฐาน (ตามการอ้างลิขสิทธิ์)
แอกซอนประกอบด้วยส่วนหนึ่งของเซลล์ประสาทซึ่งเป็นส่วนขยายคล้ายสายเคเบิลของเซลล์ประสาท อาจยาวเกินไปที่จะปล่อยให้เซลล์ประสาทที่อยู่ห่างกันทางกายภาพสามารถเชื่อมต่อและส่งข้อมูลถึงกันได้
ศักยภาพการดำเนินการแพร่กระจายไปตามแอกซอนและไปถึงปุ่มเทอร์มินัลเพื่อส่งข้อความไปยังเซลล์ถัดไป ถ้าเราวัดความเข้มของศักยภาพการกระทำจากบริเวณต่างๆของแอกซอนเราจะพบว่าความเข้มของมันยังคงเท่ากันในทุกพื้นที่
กฎหมายทั้งหมดหรือไม่มีเลย
สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการนำแอกซอนเป็นไปตามกฎพื้นฐาน: กฎของทั้งหมดหรือไม่มีอะไร นั่นคือศักยภาพในการกระทำจะได้รับหรือไม่ เมื่อมันเริ่มต้นมันจะเดินทางผ่านแอกซอนทั้งหมดไปยังจุดสิ้นสุดโดยยังคงมีขนาดเท่าเดิมไม่เพิ่มขึ้นหรือลดลง นอกจากนี้หากแอกซอนแตกแขนงออกไปศักยภาพของการกระทำจะแบ่งออก แต่จะคงขนาดไว้
ศักยภาพในการออกฤทธิ์เริ่มต้นที่ส่วนปลายของแอกซอนที่ติดกับโสมของเซลล์ประสาท พวกเขามักจะเดินทางไปในทิศทางเดียวเท่านั้น
ศักยภาพในการกระทำและพฤติกรรม
คุณอาจสงสัยในจุดนี้: หากศักยภาพในการกระทำเป็นกระบวนการทั้งหมดหรือไม่มีเลยพฤติกรรมบางอย่างเช่นการหดตัวของกล้ามเนื้อเกิดขึ้นได้อย่างไรซึ่งอาจแตกต่างกันไปตามระดับความรุนแรงต่างๆ สิ่งนี้เกิดขึ้นโดยกฎแห่งความถี่
กฎแห่งความถี่
สิ่งที่เกิดขึ้นคือศักยภาพในการกระทำเพียงครั้งเดียวไม่ได้ให้ข้อมูลโดยตรง ข้อมูลจะถูกกำหนดโดยความถี่ในการปล่อยหรืออัตราการยิงของแอกซอน นั่นคือความถี่ที่ศักยภาพในการกระทำเกิดขึ้น สิ่งนี้เรียกว่า "กฎแห่งความถี่"
ดังนั้นศักยภาพในการกระทำที่มีความถี่สูงจะทำให้กล้ามเนื้อหดตัวรุนแรงมาก
การรับรู้ก็เช่นเดียวกัน ตัวอย่างเช่นสิ่งกระตุ้นภาพที่สว่างมากที่จะจับภาพจะต้องให้ "อัตราการยิง" สูงในแอกซอนที่ติดอยู่กับดวงตา ด้วยวิธีนี้ความถี่ของศักยภาพในการกระทำจะสะท้อนถึงความรุนแรงของสิ่งกระตุ้นทางกายภาพ
ดังนั้นกฎของทุกอย่างหรือทั้งหมดจึงเป็นไปตามกฎแห่งความถี่
รูปแบบอื่น ๆ ของการแลกเปลี่ยนข้อมูล
ศักยภาพในการออกฤทธิ์ไม่ได้เป็นสัญญาณไฟฟ้าประเภทเดียวที่เกิดขึ้นในเซลล์ประสาท ตัวอย่างเช่นการส่งข้อมูลผ่านไซแนปส์ทำให้เกิดแรงกระตุ้นทางไฟฟ้าขนาดเล็กในเยื่อหุ้มเซลล์ประสาทที่รับข้อมูล
แผนผังไซแนปส์ ที่มา: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com)
บางครั้งการเปลี่ยนขั้วเล็กน้อยที่อ่อนแอเกินไปที่จะสร้างศักยภาพในการออกฤทธิ์อาจทำให้ศักยภาพของเมมเบรนเปลี่ยนไปเล็กน้อย
อย่างไรก็ตามการเปลี่ยนแปลงนี้จะค่อยๆลดลงเมื่อเดินทางผ่านแอกซอน ในการส่งข้อมูลประเภทนี้ช่องโซเดียมหรือโพแทสเซียมจะไม่เปิดหรือปิด
ดังนั้นแอกซอนจึงทำหน้าที่เหมือนสายเคเบิลใต้น้ำ เมื่อสัญญาณถูกส่งผ่านแอมพลิจูดจะลดลง สิ่งนี้เรียกว่าการนำลงและเกิดขึ้นเนื่องจากลักษณะของแอกซอน
ศักยภาพในการออกฤทธิ์และไมอีลิน
แอกซอนของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเกือบทั้งหมดถูกปกคลุมด้วยไมอีลิน นั่นคือพวกมันมีส่วนที่ล้อมรอบด้วยสารที่ช่วยให้นำกระแสประสาททำให้เร็วขึ้น ไมอีลินขดลวดรอบแอกซอนโดยไม่ปล่อยให้ของไหลนอกเซลล์ไปถึง
ไมอีลินผลิตในระบบประสาทส่วนกลางโดยเซลล์ที่เรียกว่าโอลิโกเดนโดรไซท์ ในขณะที่ในระบบประสาทส่วนปลายผลิตโดยเซลล์ Schwann
ส่วนไมอีลินหรือที่เรียกว่าปลอกไมอีลินถูกแบ่งออกจากกันโดยพื้นที่เปลือยของแอกซอน บริเวณเหล่านี้เรียกว่าก้อนของ Ranvier และสัมผัสกับของเหลวนอกเซลล์
ศักยภาพในการออกฤทธิ์จะถูกถ่ายทอดแตกต่างกันในแอกซอนที่ไม่ผ่านการย่อยสลาย (ซึ่งไม่ครอบคลุมในไมอีลิน) มากกว่าในไมอีลิน
ศักยภาพในการออกฤทธิ์สามารถเดินทางผ่านเยื่อหุ้มแอกโซนัลที่หุ้มไมอีลินได้เนื่องจากคุณสมบัติของเส้นลวด แอกซอนด้วยวิธีนี้ดำเนินการเปลี่ยนแปลงทางไฟฟ้าจากสถานที่ที่ศักยภาพในการกระทำเกิดขึ้นกับโหนดถัดไปของ Ranvier
การเปลี่ยนแปลงนี้ลดลงเล็กน้อย แต่แข็งแกร่งพอที่จะทำให้เกิดการดำเนินการในโหนดถัดไป จากนั้นศักยภาพนี้จะถูกกระตุ้นหรือทำซ้ำในแต่ละโหนดของ Ranvier โดยขนส่งตัวเองไปทั่วพื้นที่ myelinated ไปยังโหนดถัดไป
การนำศักยภาพในการดำเนินการประเภทนี้เรียกว่าการนำเกลือ ชื่อนี้มาจากภาษาละติน "saltare" ซึ่งแปลว่า "การเต้นรำ" แนวคิดนี้เป็นเพราะแรงกระตุ้นดูเหมือนจะกระโดดจากโหนดหนึ่งไปอีกโหนดหนึ่ง
ข้อดีของการนำเกลือสำหรับการถ่ายทอดศักยภาพการกระทำ
การขับขี่ประเภทนี้มีข้อดีของมัน ก่อนอื่นเพื่อประหยัดพลังงาน ตัวขนส่งโซเดียม - โพแทสเซียมใช้พลังงานมากในการดึงโซเดียมส่วนเกินจากภายในแอกซอนในระหว่างที่มีศักยภาพในการออกฤทธิ์
ตัวขนส่งโซเดียม - โพแทสเซียมเหล่านี้ตั้งอยู่ในพื้นที่ของแอกซอนที่ไมอีลินปกคลุม อย่างไรก็ตามในแอกซอนที่มีไมอีไลต์โซเดียมสามารถเข้าสู่โหนดของ Ranvier เท่านั้น ด้วยเหตุนี้โซเดียมจะเข้าสู่ร่างกายน้อยลงมากและด้วยเหตุนี้จึงต้องสูบโซเดียมออกน้อยลงดังนั้นตัวลำเลียงโซเดียม - โพแทสเซียมจึงต้องทำงานน้อยลง
ประโยชน์อีกอย่างของไมอีลินคือความเร็ว ศักยภาพในการดำเนินการจะดำเนินการได้เร็วขึ้นในแอกซอนแบบไมอีไลต์เนื่องจากแรงกระตุ้น "กระโดด" จากโหนดหนึ่งไปยังอีกโหนดหนึ่งโดยไม่ต้องผ่านแอกซอนทั้งหมด
ความเร็วที่เพิ่มขึ้นนี้ทำให้สัตว์คิดและตอบสนองได้เร็วขึ้น สิ่งมีชีวิตอื่น ๆ เช่นปลาหมึกมีแอกซอนที่ไม่มีไมอีลินซึ่งได้รับความเร็วเนื่องจากขนาดเพิ่มขึ้น แอกซอนของปลาหมึกมีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ (ประมาณ 500 µm) ซึ่งช่วยให้เดินทางได้เร็วขึ้น (ประมาณ 35 เมตรต่อวินาที)
อย่างไรก็ตามด้วยความเร็วเดียวกันศักยภาพของการกระทำจะเคลื่อนที่ในแอกซอนของแมวแม้ว่าสิ่งเหล่านี้จะมีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 6 µm สิ่งที่เกิดขึ้นคือแอกซอนเหล่านี้มีไมอีลิน
แอกซอนที่มีไมอีลิเนตสามารถสร้างแรงกระทำได้ด้วยความเร็วประมาณ 432 กิโลเมตรต่อชั่วโมงโดยมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 µm
อ้างอิง
- ศักยภาพในการดำเนินการ (เอสเอฟ) สืบค้นเมื่อวันที่ 5 มีนาคม 2017 จาก Hyperphysics, Georgia State University: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
- คาร์ลสัน, NR (2549). สรีรวิทยาของพฤติกรรม 8th Ed. Madrid: Pearson.
- Chudler, E. (nd). ไฟกล้องศักยภาพในการดำเนินการ สืบค้นเมื่อวันที่ 5 มีนาคม 2017 จากมหาวิทยาลัยวอชิงตัน: Faculty.washington.edu.
- ขั้นตอนของศักยภาพในการดำเนินการ (เอสเอฟ) สืบค้นเมื่อวันที่ 5 มีนาคม 2017 จาก Boundless: boundless.com.