معلومة

لماذا تسمح فترة الانكسار للخلايا العصبية للإشارات بالمرور في اتجاه واحد فقط؟


يوضح كتابي المدرسي أن مزايا فترة الانكسار هي أنها تعني أن إمكانات الفعل منفصلة وأيضًا ينتج عنها إشارات قادرة على المرور في اتجاه واحد فقط ، ولكنها لا تقدم أي تفسير. يمكن لأي شخص أن يشرح لماذا هذا؟


المحور العصبي هو هيكل متحمس بشكل موحد. إذا قمت بتحفيز محور عصبي كهربائيًا في مكان ما في الوسط ، فسيتم إنشاء جهد فعل في كلا الاتجاهين. ومن ثم ، فإن المحور العصبي في حد ذاته ليس له اتجاهية.

ومع ذلك ، في ظل الظروف الفسيولوجية العادية ، ينقل محور عصبي إمكانات العمل من المنطقة المتغصنة إلى المحطة المحورية ، والتي تسمى الإشارات المتقدمة. عادة لا يحدث الاتجاه العكسي ، إمكانات الفعل التراجعية ، لأن الإشارات الناشئة في المنطقة التغصنية تنتقل بشكل أحادي إلى المحطة. السبب في انتقال جهد الفعل بشكل أحادي الاتجاه هو بسبب فترة المقاومة. نظرًا لأن فترة الانكسار ستتسبب في أن يصبح الجزء من المحور العصبي الذي ولد للتو إمكانية فعلية غير مستجيبة ، فإن إمكانات الحركة المتحركة لا يمكن أن تولد إمكانية عمل أخرى في الاتجاه التراجعي ، لأن المنطقة المثيرة الوحيدة المتاحة هي في اتجاه أمامي إلى المحطة ( رسم بياني 1).


التين. 1. الحران. المصدر: جامعة كولومبيا البريطانية

على سبيل القياس ، يشبه الأمر سيارة تسير عبر طريق وترمي حاجز طريق مؤقت خلفه يجب أولاً إزالته قبل أن يمكن استخدام الطريق مرة أخرى. هذا يعني أنه عندما تغادر السيارة موقف السيارات وتدخل الطريق ، لا يمكنها العودة أبدًا ، لأنها تقذف حواجز على الطرق تمنعها من العودة بالطريقة التي جاءت بها.


لماذا تسمح فترة الانكسار للخلايا العصبية للإشارات بالمرور في اتجاه واحد فقط؟ - مادة الاحياء

يعد الجهاز العصبي واحدًا من أروع الأجهزة وأكثرها تعقيدًا في جسم الإنسان ، حيث تسمح الملايين من الخلايا بتفاعلاتنا المناسبة في الحياة اليومية. إنه مقعد الشخصية ، وفي النهاية النظام الذي يصنعك أنت. في كلية الطب ، ستتناول دوراتك في علم الأعصاب تفاصيل مذهلة حول الجهاز العصبي ، بما في ذلك الدوائر التي تتحكم في الأحاسيس مثل الألم ودرجة الحرارة ، والدوائر التي تسمح لجسمك بالحركة والعمل.

في هذا الفصل ، استكشفنا الجهاز العصبي على المستويين الخلوي والتنظيمي. الخلايا العصبية هي الخلايا الأولية للجهاز العصبي ، وتنتشر النبضات من خلال كل من الوسائل الكهربائية والكيميائية وإمكانات mdashaction والانتقال التشابكي ، على التوالي. يمكن تجميع الخلايا العصبية معًا لتكوين الأعصاب ، وهي الهياكل التنظيمية الأساسية في فرع رئيسي واحد من الجهاز العصبي ، وهو الجهاز العصبي المحيطي. هذا على عكس الجهاز العصبي المركزي الذي يتكون من الدماغ والنخاع الشوكي. يمكن تقسيم الجهاز العصبي المحيطي إلى نظام عصبي جسدي ولاإرادي ، ويمكن تقسيم هذا الأخير إلى نظام عصبي متعاطف وجهاز سمبثاوي.

يتم اختبار الجهاز العصبي بشكل مكثف على MCAT لأنه يلعب دورًا في وظيفة كل جهاز عضو رئيسي آخر تقريبًا. تتسبب الخلايا العصبية في تحريك العضلات والهياكل الهضمية لنقل الطعام عبر التمعج ، كما أنها تنظم معدل التنفس ومعدل ضربات القلب والإفرازات الغدية. ومع ذلك ، فإن الجهاز العصبي ليس هو الجهاز الوحيد الذي له مثل هذا التأثير العميق في جميع أنحاء الجسم. إن جهاز الغدد الصماء الذي سنستكشفه في الفصل التالي يؤدي دورًا مماثلاً و [مدش] ولكن من خلال رُسُل كيميائية محمولة في الدم تسمى الهرمونات.

ملخص المفهوم

خلايا الجهاز العصبي

& middot & emspالخلايا العصبية هي خلايا متخصصة للغاية مسؤولة عن توصيل النبضات.

& middot & emsp تتواصل الخلايا العصبية باستخدام أشكال الاتصالات الكهربائية والكيميائية.

o يحدث الاتصال الكهربائي عبر التبادل الأيوني وتوليد إمكانات الغشاء أسفل طول المحور العصبي.

o يحدث الاتصال الكيميائي عن طريق إطلاق ناقل عصبي من الخلية قبل المشبكية وربط هذه الناقلات العصبية بالخلية ما بعد المشبكي.

& middot & emspNeurons تتكون من عدة أجزاء مختلفة.

ا التشعبات هي زوائد تستقبل إشارات من خلايا أخرى.

o جسم الخلية أو سوما هو موقع النواة وكذلك العضيات مثل الشبكة الإندوبلازمية والريبوسومات.

س ال التل المحوار هو المكان الذي ينتقل فيه جسم الخلية إلى المحور العصبي ، وحيث يتم بدء إمكانات العمل.

س ال محور عصبي هو ملحق طويل للأسفل ينتقل فيه الإجراء المحتمل.

س ال محطة العصب أو حبة متشابك هي نهاية المحور العصبي الذي تنطلق منه النواقل العصبية.

ا العقد رانفييه هي مناطق مكشوفة من المحاور النخاعية التي تسمح بالتوصيل المملحي.

س ال تشابك عصبى يتكون من الطرف العصبي للخلايا العصبية قبل المشبكي ، وغشاء الخلية ما بعد المشبكي ، والمسافة بين الاثنين ، وتسمى شق متشابك.

& middot & emsp يتم طلاء العديد من المحاور في المايلين، مادة عازلة تمنع فقدان الإشارة.

o يتم إنشاء المايلين بواسطة قليل التغصن في الجهاز العصبي المركزي و خلايا شوان في الجهاز العصبي المحيطي.

o يمنع الميالين تبديد النبضات العصبية وعبور النبضات العصبية من الخلايا العصبية المجاورة.

& middot & emsp يتم تجميع محاور فردية في أعصاب أو المسالك.

o قد يحمل عصب واحد أنواعًا متعددة من المعلومات ، بما في ذلك المعلومات الحسية أو الحركية أو كليهما. تحتوي المسالك على نوع واحد فقط من المعلومات.

o أجسام الخلايا من الخلايا العصبية من نفس النوع داخل مجموعة عصبية في العقدة العصبية في الجهاز العصبي المحيطي.

o أجسام الخلايا من الخلايا العصبية الفردية مع كتلة المسالك في نوى في الجهاز العصبي المركزي.

& middot & emspنيوروجليا أو الخلايا الدبقية هي خلايا أخرى داخل الجهاز العصبي بالإضافة إلى الخلايا العصبية.

ا أستروسيتيس تغذي الخلايا العصبية وتشكل الحاجز الدموي الدماغي الذي يتحكم في انتقال المواد المذابة من مجرى الدم إلى الأنسجة العصبية.

ا خلايا البطانة العصبية يبطن بطينات الدماغ وينتج السائل الدماغي الشوكي ، والذي يدعم الدماغ جسديًا ويعمل كممتص للصدمات.

ا الخلايا الدبقية الصغيرة هي خلايا بلعمية تبتلع وتحلل الفضلات ومسببات الأمراض في الجهاز العصبي المركزي.

o الخلايا قليلة التغصن (CNS) وخلايا شوان (PNS) تنتج المايلين حول محاور عصبية.

انتقال النبضات العصبية

& middot & emsp تظهر جميع الخلايا العصبية ملف يستريح غشاء المحتملة حوالي -70 مللي فولت.

o يتم الحفاظ على إمكانات الراحة باستخدام النفاذية الانتقائية للأيونات وكذلك Na + / K + ATPase.

س ال Na + / K + ATPase يضخ ثلاثة أيونات صوديوم من الخلية مقابل كل اثنين من أيونات البوتاسيوم التي يتم ضخها فيها.

& middot & emsp يمكن أن تكون الإشارات الواردة إما مثيرة أو مثبطة.

o تسبب الإشارات الاستثارية إزالة استقطاب العصبون.

o تسبب الإشارات المثبطة فرط استقطاب الخلايا العصبية.

ا التجميد الزمني يشير إلى إضافة إشارات متعددة بالقرب من بعضها البعض في الوقت المناسب.

ا التجميع المكاني يشير إلى إضافة إشارات متعددة بالقرب من بعضها البعض في الفضاء.

& middot & emspAn إمكانات العمل يستخدم لنشر الإشارات أسفل المحور العصبي.

o عند حدوث ما يكفي من التحفيز الاستثاري ، تكون الخلية كذلك مزال الاستقطاب الى عتبة الجهد وقنوات الصوديوم ذات الجهد الكهربائي مفتوحة.

o يتدفق الصوديوم إلى الخلايا العصبية بسبب قوتها التدرج الكهروكيميائي. هذا يستمر في إزالة استقطاب الخلايا العصبية.

o في ذروة جهد الفعل (حوالي +35 مللي فولت) ، يتم تعطيل قنوات الصوديوم وتفتح قنوات البوتاسيوم.

o يتدفق البوتاسيوم من الخلايا العصبية بسبب تدرجه الكهروكيميائي القوي ، إعادة الاستقطاب الخلية. تظل قنوات البوتاسيوم مفتوحة لفترة كافية لتجاوز جهد الفعل ، مما يؤدي إلى أ مفرط الاستقطاب ثم تغلق قنوات البوتاسيوم.

o إن Na + / K + ATPase يعيد الخلايا العصبية إلى إمكانات الراحة ويعيد تدرجات الصوديوم والبوتاسيوم.

o بينما يكون المحور العصبي مفرط الاستقطاب ، فهو موجود فيه فترة الحرارية. أثناء ال فترة الحرارية المطلقة، فإن الخلية غير قادرة على إطلاق إمكانية عمل أخرى. أثناء ال فترة الحراريات النسبية، تتطلب الخلية حافزًا أكبر من المعتاد لإطلاق جهد فعل.

o ينتشر الدافع أسفل طول المحور العصبي لأن تدفق الصوديوم في جزء واحد من المحور العصبي يجلب الجزء التالي من المحور العصبي إلى العتبة. حقيقة أن الجزء السابق من المحور العصبي في فترة الانكسار يعني أن جهد الفعل يمكن أن ينتقل في اتجاه واحد فقط.

& middot & emspA في الطرف العصبي ، يتم إطلاق الناقلات العصبية في المشبك.

o عندما يصل جهد الفعل إلى طرف العصب ، تفتح قنوات الكالسيوم ذات الجهد الكهربائي.

o يؤدي تدفق الكالسيوم إلى اندماج الحويصلات المليئة بالناقل العصبي مع الغشاء قبل المشبكي ، مما يؤدي إلى خروج الخلايا من الناقل العصبي إلى الشق المشبكي.

o ترتبط الناقلات العصبية بالمستقبلات الموجودة في الخلية ما بعد المشبكي ، والتي قد تكون قنوات أيونية مرتبطة بالرباط أو مستقبلات مقترنة ببروتين G.

& middot & emsp يجب تنظيف الناقلات العصبية من مستقبلات ما بعد المشبكي لإيقاف انتشار الإشارة.

o يمكن تكسير الناقل العصبي إنزيميًا.

o يمكن امتصاص الناقل العصبي مرة أخرى في الخلية قبل المشبكية قنوات الاسترداد.

o يمكن أن ينتشر الناقل العصبي خارج الشق المشبكي.

تنظيم الجهاز العصبي البشري

& middot & emsp هناك ثلاثة أنواع من الخلايا العصبية في الجهاز العصبي: محرك (صادر) الخلايا العصبية ، أعصاب بينية، و حسي (وارد) الخلايا العصبية.

& middot & emsp يتكون الجهاز العصبي من الجهاز العصبي المركزي (الجهاز العصبي المركزي الدماغ والنخاع الشوكي) و الجهاز العصبي المحيطي (الجهاز العصبي المحيطي الأعصاب القحفية والشوكية).

س في الجهاز العصبي المركزي ، مادة بيضاء يتكون من محاور نقي ، و مادة رمادية يتكون من أجسام الخلايا والتشعبات غير الملقحة. المادة البيضاء في الدماغ أعمق من المادة الرمادية. في النخاع الشوكي ، تكون المادة الرمادية أعمق من المادة البيضاء.

o ينقسم PNS إلى جسدي (طوعي) و اللاإرادي (أوتوماتيكي) للجهاز العصبي.

o ينقسم الجهاز العصبي اللاإرادي إلى الجهاز العصبي نظير الودي (الراحة والهضم) و ودي فروع (القتال أو الهروب).

& middot & emspأقواس منعكسة استخدام قدرة interneurons في النخاع الشوكي على نقل المعلومات إلى مصدر المنبهات مع توجيهها في نفس الوقت إلى الدماغ.

س في قوس منعكس أحادي المشبك، ينطلق العصبون الحسي (الوارد ، قبل المشبكي) مباشرة على العصبون الحركي (الصادر ، ما بعد المشبكي).

س في قوس منعكس متعدد المشابك، قد تطلق الخلايا العصبية الحسية على الخلايا العصبية الحركية وكذلك الخلايا العصبية الداخلية التي تطلق النار على الخلايا العصبية الحركية الأخرى.

الإجابات على فحوصات المفهوم

1. ينقل المحور العصبي إشارة كهربائية (جهد الفعل) من سوما إلى المقبض المشبكي. يدمج التل المحوري إشارات الإثارة والمثبطة من التشعبات ويطلق جهد فعل إذا كانت الإشارات المثيرة قوية بما يكفي للوصول إلى العتبة. تستقبل التشعبات الإشارات الواردة وتحملها إلى سوما. يعمل غمد المايلين كعزل حول المحور العصبي ويسرع التوصيل. السوما هي جسم الخلية وتحتوي على النواة والشبكة الإندوبلازمية والريبوسومات. تقع الحبة المشبكية في نهاية المحور العصبي وتطلق الناقلات العصبية.

2. تسمى مجموعة من أجسام الخلايا في الجهاز العصبي المركزي بالنواة. في الجهاز العصبي المحيطي ، يطلق عليه العقدة.

3. الخلايا النجمية تغذي الخلايا العصبية وتشكل الحاجز الدموي الدماغي. تنتج الخلايا البطانية العصبية السائل النخاعي. تستوعب الخلايا الدبقية الصغيرة وتحلل النفايات ومسببات الأمراض. تنتج الخلايا الدبقية قليلة التغصن المايلين في الجهاز العصبي المركزي. تنتج خلايا شوان المايلين في الجهاز العصبي المحيطي.

1. يتم بدء جهد العمل عند نقطة المحور المحوري.

2. يتم الحفاظ على إمكانات غشاء الراحة بواسطة Na + / K + ATPase عند حوالي -70 مللي فولت.

3. التجميع الزمني هو تكامل إشارات متعددة قريبة من بعضها البعض في الوقت المناسب. الجمع المكاني هو تكامل إشارات متعددة قريبة من بعضها البعض في الفضاء.

4. تفتح قناة الصوديوم أولاً عند العتبة (حوالي -50 مللي فولت). يتم تنظيمه عن طريق التعطيل ، والذي يحدث حول +35 mV. لا يمكن عكس التعطيل إلا عن طريق إعادة استقطاب الخلية. يؤدي فتح قناة الصوديوم إلى إزالة الاستقطاب.

5. تفتح قناة البوتاسيوم ثانية عند حوالي +35 مللي فولت. يتم تنظيمه عن طريق الإغلاق عند الإمكانات المنخفضة (أقل بقليل من -70 مللي فولت). فتح قناة البوتاسيوم يسبب عودة الاستقطاب و mdasheventually و mdashperpolarization.

6. خلال فترة المقاومة المطلقة ، تكون الخلية غير قادرة على إطلاق جهد فعل بغض النظر عن شدة المنبه. خلال فترة المقاومة النسبية ، يمكن للخلية إطلاق جهد فعل فقط مع منبه أقوى من الطبيعي.

7. الكالسيوم مسؤول عن اندماج حويصلات الناقل العصبي مع الغشاء الطرفي للعصب.

8. يمكن إيقاف عمل الناقل العصبي عن طريق التحلل الأنزيمي أو إعادة امتصاصه أو انتشاره.

1. يشمل الجهاز العصبي المركزي الدماغ والنخاع الشوكي. يشتمل الجهاز العصبي المحيطي على أعصاب وأجهزة استشعار في الجمجمة والعمود الفقري.

2. تجلب الخلايا العصبية (الحسية) إشارات من جهاز استشعار إلى الجهاز العصبي المركزي. تجلب الخلايا العصبية الفعالة (الحركية) إشارات من الجهاز العصبي المركزي إلى المستجيب.

3. الجهاز العصبي الجسدي هو المسؤول عن الأفعال الإرادية وخصوصاً تحريك العضلات. الجهاز العصبي اللاإرادي مسؤول عن الإجراءات اللاإرادية ، مثل معدل ضربات القلب ، وتمدد الشعب الهوائية ، وتمدد حدقة العين ، ووظيفة الغدد الصماء ، والتمعج.

4. يعزز الجهاز العصبي السمبثاوي استجابة "القتال أو الهروب" ، مع زيادة معدل ضربات القلب واتساع الشعب الهوائية ، وإعادة توزيع الدم على العضلات الحركية ، واتساع حدقة العين ، وإبطاء وظائف الجهاز الهضمي والبولي. يعمل الجهاز العصبي السمبتاوي على تعزيز وظائف "الراحة والهضم" ، مما يؤدي إلى إبطاء معدل ضربات القلب وتضييق الشعب الهوائية ، وإعادة توزيع الدم إلى الأمعاء ، وتعزيز إفرازات الغدد الصماء ، وتضييق حدقة العين ، وتعزيز التمعج ووظيفة المسالك البولية.

5. في المنعكس أحادي المشبكي ، ينطلق عصبون حسي (وارد ، قبل المشبكي) مباشرة على عصبون حركي (صادر ، ما بعد المشبكي). في المنعكس متعدد المشابك ، قد تطلق الخلايا العصبية الحسية مباشرة على الخلايا العصبية الحركية ، ولكن يتم استخدام الخلايا العصبية الداخلية أيضًا. تطلق هذه العصبونات الداخلية على الخلايا العصبية الحركية الأخرى.


سؤال: كيف يولد الدماغ إشارات كهربائية؟

جوليا باسي تم الرد في 11 مايو 2020:

سؤال رائع! في المستوى الأساسي ، يتم إنشاء الإشارات في الخلايا العصبية وهي نوع من الخلايا المتخصصة في الدماغ. لديهم إمكانات غشائية تعتمد على توازن الأيونات (الذرات المشحونة) في الداخل مقابل الخارج وهذا ينظم كيفية انتشار الإمكانات. تنتشر الإشارة على طول المحاور ، المعزولة & # 8220 & # 8221 بواسطة المايلين

لوك برايدن تم الرد في 11 مايو 2020:

الدماغ مليء بالخلايا النشطة كهربائيًا تسمى الخلايا العصبية (الخلايا العصبية). الخلايا العصبية هي مولدات الإشارات الكهربائية في الدماغ ، والتي تُعرف باسم إمكانات الفعل.
لماذا هي إشارة كهربائية؟ تحتوي الخلايا العصبية على بروتينات على سطحها تساعد في الحفاظ على شحنة كهربائية عبر غشاء الخلية. هذا يعني أن هناك بعض الجسيمات المشحونة (الأيونات) داخل الخلية أكثر من خارج الخلية ، والعكس صحيح. عندما يتم إنشاء جهد فعل ، تفتح بعض البروتينات في غشاء الخلية ، مما يخلق ثقوبًا تسمح لبعض الجسيمات المشحونة (على وجه التحديد ، أيونات الصوديوم) بالتدفق إلى الخلايا العصبية ، مما يتسبب في جهد فعل (إشارة كهربائية صغيرة). هذا يتدرج بسرعة على طول الخلية العصبية - إنه تفاعل & # 8216chain & # 8217 نوع التأثير.

نينا رزكورزيك تم الرد في 12 مايو 2020:

مرحبًا thelocalnerd26 ، سؤال ممتاز & # 8211
تتواصل الخلايا العصبية (الخلايا النشطة كهربائيًا في الجهاز العصبي المركزي = الدماغ والحبل الشوكي) عبر الإشارات الكهربائية والكيميائية. الإشارات الكهربائية هي جهود فعلية ، الإشارات الكيميائية هي نواقل عصبية. هذه نظرة عامة على الجانب الكهربائي للأشياء:

إمكانية الراحة
الغشاء الدهني ثنائي الطبقة الذي يحيط بالخلايا العصبية غير منفذ للجزيئات أو الأيونات المشحونة. لدخول الخلايا العصبية أو الخروج منها ، يجب أن تمر الأيونات عبر بروتينات خاصة تسمى القنوات الأيونية التي تمتد عبر الغشاء وتنظم التركيزات النسبية للأيونات المختلفة داخل وخارج الخلية. يمكن للخلايا استخدام الطاقة لتحريك أيونات معينة بشكل تفضيلي إما داخل أو خارج الغشاء ، مما يؤدي إلى اختلاف شحنة الأيونات عبر الغشاء ، حيث يكون أحد الجانبين سالبًا نسبيًا والجانب الآخر أكثر إيجابية نسبيًا. يُطلق على الفرق في إجمالي الشحنة بين داخل الخلية وخارجها اسم جهد الغشاء.

إن إمكانات غشاء الخلية العصبية في حالة الراحة مشحونة سلبًا: داخل الخلية حوالي 70 مللي فولت أكثر سلبية من الخارج (-70 مللي فولت ، لاحظ أن هذا الرقم يختلف حسب نوع الخلايا العصبية والأنواع). يُطلق على هذا الجهد اسم إمكانات غشاء الراحة ، وهو ناتج عن اختلافات في تركيزات الأيونات داخل وخارج الخلية. يتم إنشاء وصيانة إمكانات الراحة من خلال عمليتين رئيسيتين: قناة أيونية تعمل بالطاقة ATP تسمى مضخة الصوديوم والبوتاسيوم ، وقناة أيون سلبية تسمى قناة تسرب البوتاسيوم.

تقوم مضخة الصوديوم والبوتاسيوم ، والتي تسمى أيضًا Na + / K + ATPase ، بنقل الصوديوم خارج الخلية أثناء نقل البوتاسيوم إلى الخلية. تعد مضخة Na + / K + مضخة أيونية مهمة توجد في أغشية العديد من أنواع الخلايا. هذه المضخات وفيرة بشكل خاص في الخلايا العصبية ، التي تضخ باستمرار أيونات الصوديوم وتسحب أيونات البوتاسيوم للحفاظ على التدرج الكهربائي عبر أغشية الخلايا. التدرج الكهربائي هو اختلاف في الشحنة الكهربائية عبر الفضاء. في حالة الخلايا العصبية ، يوجد التدرج الكهربائي بين داخل الخلية وخارجها ، مع وجود شحنة سالبة من الداخل (عند حوالي -70 مللي فولت) بالنسبة للخارج. يتم الحفاظ على التدرج الكهربائي السالب لأن كل مضخة Na + / K + تحرك ثلاثة أيونات Na + خارج الخلية واثنين من أيونات K + إلى الخلية لكل جزيء ATP يتم استخدامه. هذه العملية مهمة جدًا للخلايا العصبية لدرجة أنها تمثل غالبية استخدام ATP الخاص بهم.

بالإضافة إلى مضخة الصوديوم والبوتاسيوم ، تمتلك الخلايا العصبية قنوات تسرب البوتاسيوم وقنوات تسرب الصوديوم التي تسمح للكاتيونات بالانتشار أسفل تدرج تركيزها. ومع ذلك ، فإن الخلايا العصبية لديها قنوات تسرب البوتاسيوم أكثر بكثير من قنوات تسرب الصوديوم. لذلك ، ينتشر البوتاسيوم خارج الخلية بمعدل أسرع بكثير من تسرب الصوديوم للداخل. نظرًا لأن عددًا أكبر من الكاتيونات يغادر الخلية أكثر من الداخل ، فإن هذا يتسبب في شحن الجزء الداخلي للخلية سالبًا بالنسبة إلى السطح الخارجي للخلية. وبالتالي فإن التأثيرات المشتركة لمضخة الصوديوم والبوتاسيوم وقنوات تسرب البوتاسيوم هي أن الجزء الداخلي للخلية أكثر سلبية من خارج الخلية. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أن أيونات الكلوريد (Cl-) تميل إلى التراكم خارج الخلية لأنها تطرد بواسطة بروتينات سالبة الشحنة داخل السيتوبلازم.

إمكانية العمل
عندما نتحدث عن الخلايا العصبية التي "تطلق" أو تكون "نشطة" ، فإننا نتحدث عن جهد الفعل: تغيير موجز وإيجابي في إمكانات الغشاء على طول محور عصبون. عندما يحدث جهد فعل ، يرسل العصبون الإشارة إلى الخلية العصبية التالية في سلسلة الاتصال ، وإذا حدث أيضًا جهد فعل في الخلية العصبية التالية ، فسيستمر إرسال الإشارة. ما الذي يسبب إمكانية العمل؟ عندما تستقبل خلية عصبية إشارة من خلية عصبية أخرى (في شكل نواقل عصبية ، بالنسبة لمعظم الخلايا العصبية) ، فإن الإشارة تسبب تغيرًا في إمكانات الغشاء على الخلية العصبية المستقبلة. تسبب الإشارة فتح أو إغلاق القنوات الأيونية ذات الجهد الكهربائي ، وهي القنوات التي تفتح أو تغلق استجابة للتغيرات في جهد الغشاء. يؤدي فتح القنوات الأيونية ذات الجهد الكهربائي إلى خضوع الغشاء إما لفرط الاستقطاب ، حيث تزداد إمكانات الغشاء من حيث الحجم (تصبح أكثر سلبية) أو إزالة الاستقطاب ، حيث تقل إمكانات الغشاء من حيث الحجم (تصبح أكثر إيجابية). يعتمد ما إذا كان الغشاء يخضع لفرط الاستقطاب أو إزالة الاستقطاب على نوع قناة الأيونات ذات الجهد الكهربائي التي فتحت.

لا تؤدي جميع عمليات إزالة الاستقطاب إلى إمكانات فعلية. يجب أن تتسبب الإشارة في إزالة الاستقطاب بشكل كبير بما يكفي للتغلب على عتبة الجهد ، أو الجهد المحدد الذي يجب أن يصل إليه الغشاء لحدوث جهد فعل. عادة ما تكون العتبة المحتملة حوالي -55 مللي فولت ، مقارنة بإمكانية الراحة التي تبلغ حوالي -70 مللي فولت. إذا تم الوصول إلى إمكانات العتبة ، عندئذٍ يتم بدء إمكانات العمل في تلة المحور العصبي في المراحل التالية:

إزالة الاستقطاب: تفتح قنوات الصوديوم ذات الجهد الكهربائي بسرعة بعد إزالة الاستقطاب بعد عتبة الإمكانات. عندما يدخل الصوديوم إلى المحور العصبي (التدفق) ، يصبح الداخل موجبًا كهربائيًا نسبيًا (حوالي +30 مللي فولت ، مقارنة بإمكانية الراحة الأولية البالغة -70 مللي فولت تقريبًا).
عودة الاستقطاب: بعد وقت قصير من إزالة الاستقطاب الأولي ، تغلق قنوات الصوديوم ذات الجهد الكهربائي وتبقى مغلقة (ولا يمكن فتحها) لحوالي 1-2 ميلي ثانية. ثم تفتح قنوات البوتاسيوم ذات الجهد الكهربائي ، مما يسمح للبوتاسيوم بالخروج من المحور العصبي (التدفق) ، مما يتسبب في إعادة استقطاب الغشاء (يصبح أكثر سلبية).
Hyperpolarizaton: يستمر البوتاسيوم في ترك المحور العصبي إلى النقطة التي تنخفض فيها إمكانات الغشاء إلى ما دون جهد الراحة الطبيعي. تعود قنوات الصوديوم إلى حالة الراحة ، مما يعني أنها جاهزة للفتح مرة أخرى إذا تجاوزت إمكانات الغشاء مرة أخرى عتبة الإمكانات.
إعادة ضبط إمكانات الراحة: تعمل مضخة الصوديوم والبوتاسيوم وقنوات تسرب البوتاسيوم على إعادة تعيين مواقع أيونات الصوديوم والبوتاسيوم ، وإعادة إنشاء إمكانات الغشاء للسماح بإطلاق إمكانية فعل أخرى

هناك عدد قليل من السمات العالمية الهامة لإمكانيات العمل:

ينتقل جهد الفعل إلى أسفل المحور العصبي ، متقدمًا كموجة من الاستقطاب.
دائمًا ما تستمر جهود الفعل في اتجاه واحد فقط ، من جسم الخلية (سوما) إلى المشبك (المشابك) في نهاية المحور العصبي. لا تتراجع إمكانات الفعل أبدًا ، بسبب فترة الانكسار للقنوات الأيونية ذات الجهد الكهربائي ، حيث لا يمكن إعادة فتح القنوات لمدة 1-2 ميلي ثانية بعد إغلاقها. تجبر فترة الانكسار إمكانية الفعل على التحرك في اتجاه واحد فقط.
لا تختلف إمكانات الفعل من حيث الحجم أو السرعة فهي "كل شيء أو لا شيء". عندما تشتعل خلية عصبية معينة ، فإن إمكانات الفعل دائمًا ما تزيل الاستقطاب إلى نفس الحجم وتنتقل دائمًا بنفس السرعة على طول المحور العصبي. لا يوجد شيء مثل إمكانية عمل أكبر أو أسرع. المعلمة التي يمكن أن تتغير هي تواتر إمكانات العمل ، أو عدد إمكانات الفعل التي تحدث في فترة زمنية معينة.

تم تلخيص الكثير من هذا من موقع الويب التالي الذي يحتوي على بعض المخططات الرائعة وروابط لمقاطع فيديو سهلة الهضم لتصفح كيفية عمل ذلك (كن حذرًا من وجود بعض الأخطاء الإملائية والنحوية في الأماكن:


إمكانات العمل

الشكل 21-2. الإصدار الرابع من Lodish (أ) إمكانات الفعل هي إزالة استقطاب مفاجئة وعابرة للغشاء تليها عودة الاستقطاب إلى إمكانات الراحة التي تبلغ حوالي -60 مللي فولت. يُظهر هذا التسجيل لإمكانات الغشاء المحوري في الخلايا العصبية قبل المشبكية أنه يولد إمكانات فعلية واحدة كل 4 مللي ثانية. (ب) يتم قياس إمكانات الغشاء عبر الغشاء البلازمي للخلايا العصبية قبل المشبكية بواسطة قطب كهربائي صغير يتم إدخاله فيه. تتحرك إمكانات العمل إلى أسفل المحور العصبي بسرعات تصل إلى 100 متر في الثانية. يؤدي وصولهم إلى المشبك إلى إطلاق نواقل عصبية ترتبط بالمستقبلات في الخلية ما بعد المشبكي ، مما يؤدي إلى إزالة استقطاب الغشاء عمومًا (مما يجعل الجهد أقل سلبية) ويميل إلى إحداث جهد فعل فيه.

قنوات إمكانية العمل

تعتمد إمكانات العمل في الخلايا العصبية في الغالب على قناة Na ذات الجهد الكهربائي ، وبعض الخلايا العصبية تستخدم قناة Na + ذات الجهد الكهربائي وقناة K + ذات الجهد الكهربائي ، وبعض الخلايا العصبية تستخدم قناة Na + ذات الجهد الكهربائي فقط وبعض الخلايا العصبية تستخدم الجهد- بوابة Ca + 2 قناة

سنستخدم المثال الكلاسيكي لإمكانات الفعل من المحور العصبي العملاق للحبار (اللافقاريات) ، وكذلك إمكانات الفعل الموجودة في محاور الثدييات غير الميالينية. يحتوي جهد الفعل هذا على مكونين: قنوات Na + ذات الجهد الكهربائي وقنوات K + ذات الجهد الكهربائي

قناة الجهد Na +:
للقناة ثلاث حالات ، مغلقة ، مفتوحة وغير نشطة.
مغلق للفتح: يعتبر نزع الاستقطاب ضروريًا لفتح القناة وبالتالي فهو يعمل على تنشيط نفسه في دورة تجديد. يؤدي المزيد من تدفق الصوديوم إلى إزالة استقطاب الغشاء مما يفتح المزيد من القنوات التي تزيل استقطاب الغشاء أكثر.
مفتوح على غير نشط: يعتبر نزع الاستقطاب ضروريًا أيضًا لعدم تنشيط القناة. بمجرد فتح القناة ، ستنتقل أيضًا إلى الحالة غير النشطة ولا يمكن فتحها مرة أخرى
غير نشط إلى مغلق: لن تعود القناة إلى حالة الإغلاق حتى يستقطب الغشاء مرة أخرى (أي يعود باتجاه غشاء الراحة الأصلي المحتمل. وبمجرد أن يصبح في حالة الإغلاق ، يمكن إعادة فتحه بعد ذلك

قناة K + ذات الجهد الكهربائي (تسمى قناة K + المتأخرة)
هذه القناة لها حالتان فقط ، مغلقتان ومفتوحتان.
مغلق للفتح: يتم فتح القناة مع إزالة استقطاب قوية ، وهو النوع الذي تحصل عليه عادةً في إمكانات العمل. تعمل هذه القناة على إعادة الغشاء نحو احتمالية Nernst لـ K + أي فرط استقطاب الغشاء
مفتوح للمغلق: ستغلق القناة عندما يصبح الغشاء مفرط الاستقطاب أو معاد الاستقطاب. لذلك تعمل هذه القناة على إغلاق نفسها.

مكونات جهد الفعل


الشكل 7-32 لوديش الطبعة الخامسة. إزالة استقطاب غشاء البلازما بسبب فتح قنوات الصوديوم +. (أ) يتم فتح قنوات K + غير المسورة في الخلايا العصبية المستريحة ، ولكن يتم إغلاق قنوات Na + ذات البوابات الأكثر عددًا. تحدد حركة أيونات K + إلى الخارج الخاصية المحتملة للغشاء الداخلي السلبي لمعظم الخلايا. (ب) يسمح فتح قنوات الصوديوم + بتدفق كمية كافية من أيونات الصوديوم لإحداث انعكاس في إمكانات الغشاء.

عتبة

- مستوى إزالة الاستقطاب المطلوب لتحريك جهد الفعل (معظم الخلايا العصبية لها عتبة عند -50 مللي فولت (أي إزالة الاستقطاب من 10 إلى 15 مللي فولت)
- جهد الفعل هو حدث كامل أو لا شيء ، إذا كان العصب في حالة سكون ، فسيكون الاتساع على جهد فعل واحد هو نفسه على طول العصب بشكل مستقل عن قوة التحفيز.
- تعكس العتبة الحاجة إلى فتح قناة الصوديوم ذات الجهد الكهربائي (تحتاج إلى إزالة الاستقطاب بحوالي 10 إلى 15 مللي فولت لفتحها)

مرحلة ارتفاع إمكانات العمل

- عند فتح قنوات الصوديوم ، تتدفق أيونات الصوديوم إلى الخلية ، ويزيل استقطاب الخلية أكثر وأكثر فتحت قنوات الصوديوم = استجابة متجددة - يدفع الفتح المتجدد لقنوات الصوديوم إمكانات الغشاء نحو ذروة إمكانات توازن نيرنست لـ Na +

ذروة إمكانات العمل

- خلال جهد الفعل ، تتجه إمكانات الغشاء نحو احتمالية توازن Nernst لـ Na +
- من حيث معادلة Goldman-Katz ، فإن نفاذية Na + هي السائدة (K + و Cl- مكونات ثانوية) وبالتالي فإن إمكانات الغشاء تتجه نحو ENa
- عادة ما تكون أقل من ENa ، وقوة دافعة أقل على Na + وتبدأ القنوات في التعطيل بسرعة بعد التنشيط

مرحلة السقوط من احتمالية العمل

- بعد الوصول إلى الذروة ، يسقط جهد الفعل الآن ، تتراجع إمكانات الغشاء نحو السكون
- لماذا؟ لماذا لا تبقى إمكانية العمل حول ENa؟
- سببان:
ط) تنتقل قنوات Na + إلى حالة غير نشطة
2) تأخر فتح قنوات K + (محور عصبي عملاق للحبار أو محاور فقارية غير نقية)

1) تعطيل قنوات Na + -
- تنتقل قنوات Na + إلى حالة غير نشطة بعد 1-2 مللي ثانية بعد الفتح لأول مرة
- معطل = لا يمكن إعادة فتحه
- لذلك يتم تحديد إمكانات الغشاء في الغالب بواسطة K + (كما هو الحال بالنسبة لإمكانية الراحة) ويبدأ الغشاء في إعادة الاستقطاب

2) فتح قنوات K + المتأخرة (تسمى مقوم الجهد المتأخر مثل قناة Na +)
- يفتح بعد حوالي 1-2 ميللي ثانية من عتبة إزالة الاستقطاب
- الآن يتدفق K + خارج الخلية ويسرع عملية إعادة الاستقطاب
- تسبب فرط الاستقطاب بعد جهد الفعل لأن قنوات K المفتوحة تجعل نفاذية K أعلى من السكون والغشاء أكثر سلبية من الداخل

- يؤدي الاستقطاب المفرط للغشاء إلى إغلاق قنوات K +
- ثم يستقر الغشاء مرة أخرى للراحة

عودة الاستقطاب

- تم إغلاق قنوات Na + الموصولة بالجهد وقنوات K + ذات الجهد الكهربائي بحيث يعود الغشاء إلى حالة الراحة
- أي أن قنوات التسرب هي القنوات الوحيدة المفتوحة وتضبط إمكانات الغشاء مرة أخرى

فترة الحرارية

-قسمت الى جزئين
ط) فترة مقاومة مطلقة
ب) فترة المقاومة النسبية

1) فترة الحراريات المطلقة
- قنوات Na غير نشطة ولا يمكن فتحها بغض النظر عن مقدار استقطاب الغشاء في هذا الوقت
- لا يمكن توليد جهد فعل آخر في هذا الجزء من العصب في هذا الوقت

2) فترة الحراريات النسبية
- عندما ينتقل الغشاء المستقطب = إلى المزيد من الإمكانات السلبية ، يؤدي ذلك إلى تحفيز قنوات الصوديوم + للانتقال من حالة غير نشطة إلى حالة قريبة.
- يساعد فرط الاستقطاب عن طريق فتح قنوات K + في هذه العملية
- بمجرد أن تكون قناة Na في حالة مغلقة ، يمكن فتحها مرة أخرى مع إزالة الاستقطاب
- خلال فترة المقاومة النسبية ، يتم فتح المزيد والمزيد من قنوات Na + وبالتالي زيادة فرص إطلاق جهد فعل

تواتر إمكانات العمل

- إذا كان الفعل كامنًا إذا كان كل شيء أو لا شيء ، فكيف ينقل العصب قوة المنبه؟
- على سبيل المثال كيف يميز العصب الحسي بين لمسة خفيفة (ريشة) ولمسة خشنة (ورق رملي)؟
- يتم تحديد المعلومات من خلال تواتر جهود العمل على طول العصب.
- قوة التحفيز (المدخلات الحالية إلى العصب إما بشكل تجريبي عن طريق حقن تيار كبير أو في الحياة الواقعية عن طريق استجابة مستقبلات اللمس) تؤدي إلى تواتر مختلف من إمكانات الفعل

- لذلك: اللمسة الخفيفة - نادراً ما تعمل إمكانيات اللمس الخشنة - إمكانات عمل أكثر تواتراً
- تحدد فترة الانكسار من تواتر جهد الفعل
- خلال فترة الانكسار النسبي يمكن توليد جهد فعل ولكن بعتبة متزايدة واتساع منخفض
- زيادة العتبة لأنه يجب أن يأتي فرط الاستقطاب
- تقليل السعة نظرًا لوجود عدد أقل من قنوات Na + المتاحة للفتح (العديد منها لا يزال في حالة غير نشطة) وبالتالي الحصول على كمية أقل من Na + تتدفق إلى الخلية
(بمعنى آخر ، يتم تقليل نفاذية أو توصيل Na خلال فترة المقاومة النسبية - تزداد في نهاية الفترة)

اتجاه إمكانات العمل


الشكل 21-14 ، الطبعة الرابعة من لوديش أو الشكل 7-35 ، الطبعة الخامسة من لوديش. التوصيل أحادي الاتجاه لإمكانية الفعل بسبب التعطيل العابر لقنوات Na + ذات الجهد الكهربائي. في الوقت 0 ، يكون جهد الفعل (الأرجواني) في موضع 2 مم على المحور العصبي. ينتشر إزالة الاستقطاب من الغشاء بشكل سلبي في كلا الاتجاهين على طول المحور العصبي (الشكل 21-11). نظرًا لأن قنوات الصوديوم في الموضع 1 مم لا تزال معطلة (خضراء) ، فلا يمكن إعادة فتحها بعد من خلال إزالة الاستقطاب الصغيرة الناتجة عن الانتشار السلبي. كل منطقة من الغشاء مقاومة للحرارة (غير نشطة) لبضعة أجزاء من الألف من الثانية بعد مرور جهد الفعل. وبالتالي ، فإن إزالة الاستقطاب في موقع 2 مم في الوقت 0 يطلق إمكانات العمل في اتجاه المصب فقط عند 1 مللي ثانية ، حيث يمر جهد الفعل بموضع 3 مم ، وعند 2 مللي ثانية ، يمر جهد الفعل في موضع 4 مم.

- the refractory period also sets the direction of an action potential
- depolarizing current from the action potential can spread passively in either direction
- one way the Na+ channels are in a closed state and are ready to be opened, therefore the spreading current can trigger an action potential in this neighbouring region
- the other way the Na+ channels are in an inactive state and can not be opened therefore the spreading current has no effect on the channels in this region and an action potential is not trigger

Channels and receptors

Throughout the lectures we will be introducing a wide range of ion channels. These range from leak channels (K+, Na+, Cl- etc.), voltage-gated ion channels (K+, Na+ and Ca+2 etc.) and aligned gated ion channels (K+/Na+, Cl- etc.).

Most of the proteins that make up the different types of ion channels are very similar in their structure and have conserved amino acid sequences. This degree of conservation occurs between different types of channels and across species. So for instance the Drosophila voltage-gated Na+ channel is very similar to the human voltage-gated Na+ channel etc. All the ion channels are composed of alpha helices that span the lipid bilayer. Those that contact the lipid bilayer are composed of hydrophobic amino acids (Phe, Ile, Leu etc.) that span about 20 amino acids. Those alpha helices that line the pore are composed of hydrophilic residues to allow ion flow (Lys, Arg etc.).

Channel pore

All the ion channels in question have a common feature. A pore that allows the ion(s) in question to flow across the lipid bilayer. The pore is specific to a certain ion or ions. For instance the leak K+ channel only allows K+ ions to flow across the membrane.


Figure 7-16, Lodish 5th edition. Mechanism of ion selectivity and transport in resting K+ channels. (a) Schematic diagram of K+ and Na+ ions hydrated in solution and in the pore of a K+ channel. (b) High-resolution electron-density map obtained from x-ray crystallography showing K+ ions passing through the selectivity filter.

Voltage-sensor

The voltage sensor is an alpha helix is found in the channel and spans the membrane. The voltage-sensor has positive charges at every third amino acid. The sensor moves in response to depolarization (i.e. the increase positive charge on the interior membrane causes the physical movement of the voltage-sensor). The sensor alpha helix is buried within the channel protein (i.e. protected from hydrophobic lipid bilayer by the rest of the ion channel protein).

The voltage-sensors move in response to depolarization to open the ion channel. One model of how the voltage-sensor works is based on a twist or spiral movement that cause the alpha helix to move within the membrane. Experimenters can measure this movement of the voltage-sensory but you'll have to wait until Biology 455 to learn all about that.
The following is a movie of one model of how the voltage-sensor moves. (WARNING: a big file!!).
Movie of moving voltage-sensor


1. The Resting Potential

The lipid bilayer membrane that surrounds a neuron is impermeable to charged molecules or ions. To enter or exit the neuron, ions must pass through special proteins called ion channels that span the membrane and regulate the relative concentrations of different ions inside and outside the cell. Cells can use energy to preferentially move certain ions either inside or outside of the membrane, setting up a difference in ion charge across the membrane, where one side is relatively more negative and the other side is relatively more positive. The difference in total charge between the inside and outside of the cell is called the غشاء المحتملة.

The membrane potential of a neuron at rest is negatively charged: the inside of a cell is approximately 70 millivolts more negative than the outside (-70 mV, note that this number varies by neuron type and by species). This voltage is called the يستريح غشاء المحتملة it is caused by differences in the concentrations of ions inside and outside the cell. The resting potential is established and maintained by two main processes: an ATP-powered ion channel called the مضخة الصوديوم والبوتاسيوم, and a passive ion channel called the potassium leak channel.

The sodium-potassium pump , which is also called Na + /K + ATPase, transports sodium out of a cell while moving potassium into the cell. The Na + /K + pump is an important ion pump found in the membranes of many types of cells. These pumps are particularly abundant in nerve cells, which are constantly pumping out sodium ions and pulling in potassium ions to maintain an electrical gradient across their cell membranes. An electrical gradient is a difference in electrical charge across a space. In the case of nerve cells, for example, the electrical gradient exists between the inside and outside of the cell, with the inside being negatively-charged (at around -70 mV) relative to the outside. The negative electrical gradient is maintained because each Na + /K + pump moves three Na + ions out of the cell and two K + ions into the cell for each ATP molecule that is used. This process is so important for nerve cells that it accounts for the majority of their ATP usage.

Powered by ATP, the sodium-potassium pump moves sodium and potassium ions in opposite directions, each against its concentration gradient. In a single cycle of the pump, three sodium ions are extruded from and two potassium ions are imported into the cell. Image credit: OpenStax Anatomy & Physiology.

In addition to the sodium potassium pump, neurons possess potassium leak channels and sodium leak channels that allow the two cations to diffuse down their concentration gradient. ومع ذلك ، فإن الخلايا العصبية لديها قنوات تسرب البوتاسيوم أكثر بكثير من قنوات تسرب الصوديوم. Therefore, potassium diffuses out of the cell at a much faster rate than sodium leaks in. Because more cations are leaving the cell than are entering, this causes the interior of the cell to be negatively charged relative to the outside of the cell. Thus the combined effects of the sodium-potassium pump and the potassium leak channels is that the interior of the cell is more negative than the outside of the cell. It should also be noted that chloride ions (Cl – ) tend to accumulate outside of the cell because they are repelled by negatively-charged proteins within the cytoplasm.

The resting membrane potential is a result of different concentrations inside and outside the cell.
Ion Concentration Inside and Outside Neurons
أيون Extracellular concentration (mM) Intracellular concentration (mM) Ratio outside/inside
Na + 145 12 12
K+ 4 155 0.026
Cl – 120 4 30
Organic anions (A-) 100

This video describes the role of the sodium/potassium pump and potassium leak channels in establishing and maintaining the membrane resting potential:


Chemical synapses (that use neurotransmitters are much more common in known nervous systems).

In theory they are not indispensable, but there are no known animals with just electrical synapses.

Computers don't use neurotransmitters because they work on completely different principles and are made of different components.

Electrical circuits work on currents moving around in wires.
Neurons work mostly by propagating transmembrane voltage changes along their membranes. This is not driving currents from one end of a neuron to the other. The membrane change may propagate the length of the neuron, but the currents only flow short distances across the membrane.
Circuits have nothing like neurotransmitters, the vesicles that contain them, and the vesicle release mechanisms of neurons.

I do not know of one. Not knowing fails to prove it cannot happen.

Jellyfish use neurotransmitters.

A very "early" neural system is what jellyfish have - a neural net, with no central brain. It is considered to have have evolved very early on. You can think of it as "simplest possible neural network" for the purposes here.
Even simpler and earlier are the action potentials in single celled beasties. The action potential is the basis for transmission in modern nerves

And I think your assumption: "computers could be the model for neurons" may not be very useful. It really is the other way around. Concepts like parallel programming - or multitasking- are easily seen in modern mammalian brains. For which the primary design evolved 500 million years ago, long before John Von Neumann came up the the cpu concept.

Before you start speculating again. شكرا.

It is hard to get a minus sign using gap junctions or ephaptic connections. Computers can do subtraction and also multiple by negative numbers.

As @BillTre writes above, it is in principle possible to get an inhibitory synapse without using neurotransmitters. One possible example of inhibitory ephaptic synapse (not confirmed) is the synapse from retinal horizontal cells to cones: https://en.wikipedia.org/wiki/Retina_horizontal_cell.

Another function that neurotransmitters allow is for the presynaptic neuron to affect each of its postsynaptic neurons differentkly (even though it releases the same neurotransmitters to all its postsynaptic neurons) this is because the receptor may be different in each postsynaptic neuron.

There are electrical synapses between neurons.
They can either activate the post-synaptic neuron or inhibit it.
Activating electrical synapses can be retifying (current goes only in one direction.
The negative type electrical synapses are quite rare however.
Here are some pictures from the above article to illustrate how this works:
View attachment 268691
(See article for text).

Chemical synapses (that use neurotransmitters are much more common in known nervous systems).


In theory they are not indispensable, but there are no known animals with just electrical synapses.

Computers don't use neurotransmitters because they work on completely different principles and are made of different components.

Electrical circuits work on currents moving around in wires.
Neurons work mostly by propagating changes in membrane along their membranes. This is not driving currents from one end of a neuron to the other. The membrane change may propagate the length of the neuron, but the currents only flow short distances across the membrane.
Circuits have nothing like neurotransmitters, the vesicles that contain them, and the vesicle release mechanisms of neurons.

Because it works and in the evolutionary lineage of animals on earth, this is what resulted to fulfill this function.

There is no reason why not. However, it does not rule out something else.

A conceptual discussion of neural processing often comes down to "gas" and "breaks". For example, Caffeine doesn't give you energy, it just diminishes a "break" in your brain. Chemical synapses allow this gassing and breaking to happen in a unidirectional way, which makes for a more stable control system.

From a general information processing perspective, this kind of unidirectional adding and subtracting allows you to make a lot of versatile feedback/feedforward loops in an ensemble of such processing elements. It may not be necessary (plenty of organisms live without brains at all) but it led to the neocortex, which has given us an undeniable competitive advantage against other animals - to the point of us endangering other populations and causing extinctions. However, depending on how you measure success, you may consider bacteria the dominant species - and they don't even have neurons.

edit: I should address gap junctions, which BillTre noted can be rectifying. The problem with gap junctions is that they're passive. They follow laws of charge diffusion to match the internal environment of the cell to the outside. Thus, their efficacy can be sensitive to global brain changes, such as peptide release or modulation. Chemical synapses also have refractory mechanisms. As a result of these two properties, chemical synapses tend to be more reliable in a wider range of "environments" (where now the environment is the extracellular regions of the brain outside the neuron)

I'm curious about what you mean here. Networks with symmetric coupling are usually more stable in the sense that they have an energy function (Lyapunov function), as in the Hopfield network. As soon as you make the couplings asymmetric you are no longer guaranteed that an energy function exists, which tends to make things more unstable (in the sense of no fixed points).

Stability in neural networks is more commonly attributed to feedback inhibition which counters feedback excitation, as in inhibitory-stabilised networks. Is that what you are referring to? Even in that case, many classical models ignore the separation into excitatory and inhibitory populations and they are still perfectly stable, even when they have symmetric connectivity (e.g., the famous Ben-Yishai and Sompolinsky model https://www.pnas.org/content/92/9/3844).

I would sum up the ideas like this:

1) Synapses can have all kinds of complicated short and long term changes in their properties. We roughly call these short and long term plasticity. If a neuron fires a lot in a short period of time, it can undergo depression due to depletion of neurotransmitter (synaptic vesicles). But it can also do the opposite and facilitate, become temporarily stronger. As @atyy opinted out, you could call short term synaptic depression a refractory period, but it isn't commonly called that.

2) Neurons often have refractoriness in their spiking. Which means they basically can't be fired for a brief period after they last fired a spike. This refractory period is due to the kinetics of voltage gated ion channels in the membrane. From Wikipedia (https://en.wikipedia.org/wiki/Refractory_period_(physiology)#Neuronal_refractory_period) " The refractory periods are due to the inactivation property of voltage-gated sodium channels and the lag of potassium channels in closing. Voltage-gated sodium channels have two gating mechanisms, the activation mechanism that opens the channel with depolarization and the inactivation mechanism that closes the channel with repolarization. While the channel is in the inactive state, it will not open in response to depolarization. The period when the majority of sodium channels remain in the inactive state is the absolute refractory period. & مثل

Because a neuron needs sodium channels to open in order to fire an action potential, I was/am confused by @Pythagorean's statement that refractory periods only apply to chemical and not electrical inputs.


Neuroscience For Kids

This page describes how neurons work. I hope this explanation does not get too complicated, but it is important to understand how neurons do what they do. There are many details, but go slow and look at the figures.

Much of what we know about how neurons work comes from experiments on the giant axon of the squid. This giant axon extends from the head to the tail of the squid and is used to move the squid's tail. How giant is this axon? It can be up to 1 mm in diameter - easy to see with the naked eye.

Neurons send messages electrochemically. This means that chemicals cause an electrical signal. Chemicals in the body are "electrically-charged" -- when they have an electrical charge, they are called الأيونات. The important ions in the nervous system are sodium and potassium (both have 1 positive charge, +), calcium (has 2 positive charges, ++) and chloride (has a negative charge, -). There are also some negatively charged protein molecules. It is also important to remember that nerve cells are surrounded by a membrane that allows some ions to pass through and blocks the passage of other ions. This type of membrane is called semi-permeable.

يستريح غشاء المحتملة

When a neuron is not sending a signal, it is "at rest." When a neuron is at rest, the inside of the neuron is negative relative to the outside. Although the concentrations of the different ions attempt to balance out on both sides of the membrane, they cannot because the cell membrane allows only some ions to pass through channels (ion channels). At rest, potassium ions (K + ) can cross through the membrane easily. Also at rest, chloride ions (Cl - ) and sodium ions (Na + ) have a more difficult time crossing. The negatively charged protein molecules (A - ) inside the neuron cannot cross the membrane. In addition to these selective ion channels, there is a مضخة that uses energy to move three sodium ions out of the neuron for every two potassium ions it puts in. Finally, when all these forces balance out, and the difference in the voltage between the inside and outside of the neuron is measured, you have the resting potential. The resting membrane potential of a neuron is about -70 mV (mV=millivolt) - this means that the inside of the neuron is 70 mV less than the outside. At rest, there are relatively more sodium ions outside the neuron and more potassium ions inside that neuron.

إمكانات العمل

The resting potential tells about what happens when a neuron is at rest. ان action potential occurs when a neuron sends information down an axon, away from the cell body. Neuroscientists use other words, such as a "spike" or an "impulse" for the action potential. The action potential is an explosion of electrical activity that is created by a depolarizing current. This means that some event (a stimulus) causes the resting potential to move toward 0 mV. When the depolarization reaches about -55 mV a neuron will fire an action potential. هذا ال threshold. If the neuron does not reach this critical threshold level, then no action potential will fire. Also, when the threshold level is reached, an action potential of a fixed sized will always fire. for any given neuron, the size of the action potential is always the same. There are no big or small action potentials in one nerve cell - all action potentials are the same size. Therefore, the neuron either does not reach the threshold or a full action potential is fired - this is the "ALL OR NONE" principle.

Action potentials are caused when different ions cross the neuron membrane. A stimulus first causes sodium channels to open. Because there are many more sodium ions on the outside, and the inside of the neuron is negative relative to the outside, sodium ions rush into the neuron. Remember, sodium has a positive charge, so the neuron becomes more positive and becomes depolarized. It takes longer for potassium channels to open. When they do open, potassium rushes out of the cell, reversing the depolarization. Also at about this time, sodium channels start to close. This causes the action potential to go back toward -70 mV (a repolarization). The action potential actually goes past -70 mV (a hyperpolarization) because the potassium channels stay open a bit too long. Gradually, the ion concentrations go back to resting levels and the cell returns to -70 mV.


Electrically Active Cell Membranes

Most cells in the body make use of charged particles (الأيونات) to create electrochemical charge across the cell membrane. In a prior chapter, we described how muscle cells contract based on the movement of ions across the cell membrane. For skeletal muscles to contract, due to excitation–contraction coupling, they require input from a neuron. Both muscle and nerve cells make use of a cell membrane that is specialized for signal conduction to regulate ion movement between the extracellular fluid and cytosol.

As you learned in the chapter on cells, the cell membrane is primarily responsible for regulating what can cross the membrane. The cell membrane is a phospholipid bilayer, so only substances that can pass directly through the hydrophobic core can diffuse through unaided. Charged particles, which are hydrophilic, cannot pass through the cell membrane without assistance (Figure 12.5.1). Specific transmembrane channel proteins permit charged ions to move across the membrane. Several passive transport channels, as well as active transport pumps, are necessary to generate a transmembrane potential, and an action potential. Of special interest is the carrier protein referred to as the sodium/potassium pump that uses energy to move sodium ions (Na + ) out of a cell and potassium ions (K + ) into a cell, thus regulating ion concentration on both sides of the cell membrane.

Figure 12.5.1 – Cell Membrane and Transmembrane Proteins: The cell membrane is composed of a phospholipid bilayer and has many transmembrane proteins, including different types of channel proteins that serve as ion channels.

The sodium/potassium pump requires energy in the form of adenosine triphosphate (ATP), so it is also referred to as an ATPase pump. As was explained in the cell chapter, the concentration of Na + is higher outside the cell than inside, and the concentration of K + is higher inside the cell than outside. Therefore, this pump is working against the concentration gradients for sodium and potassium ions, which is why it requires energy. The Na + /K + ATPase pump maintains these important ion concentration gradients.

Ion channels are pores that allow specific charged particles to cross the membrane in response to an existing electrochemical gradient. Proteins are capable of spanning the cell membrane, including its hydrophobic core, and can interact with charged ions because of the varied properties of amino acids found within specific regions of the protein channel. Hydrophobic amino acids are found in the regions that are adjacent to the hydrocarbon tails of the phospholipids, where as hydrophilic amino acids are exposed to the fluid environments of the extracellular fluid and cytosol. Additionally, ions will interact with the hydrophilic amino acids, which will be selective for the charge of the ion. Channels for cations (positive ions) will have negatively charged side chains in the pore. Channels for anions (negative ions) will have positively charged side chains in the pore. The diameter of the channel’s pore also impacts the specific ions that can pass through. Some ion channels are selective for charge but not necessarily for size. These nonspecific channels allow cations—particularly Na + , K + , and Ca 2+ —to cross the membrane, but exclude anions.

Some ion channels do not allow ions to freely diffuse across the membrane, but are gated في حين أن. أ ligand-gated channel opens because a molecule, or ligand, binds to the extracellular region of the channel (Figure 12.5.2).

Figure 12.5.2 – Ligand-Gated Channels: When the ligand, in this case the neurotransmitter acetylcholine, binds to a specific location on the extracellular surface of the channel protein, the pore opens to allow select ions through. The ions, in this case, are cations of sodium, calcium, and potassium.

أ mechanically-gated channel opens because of a physical distortion of the cell membrane. Many channels associated with the sense of touch are mechanically-gated. For example, as pressure is applied to the skin, mechanically-gated channels on the subcutaneous receptors open and allow ions to enter (Figure 12.5.3).

Figure 12.5.3 – Mechanically-Gated Channels: When a mechanical change occurs in the surrounding tissue (such as pressure or stretch) the channel is physically opened, and ions can move through the channel, down their concentration gradient.

أ voltage-gated channel is a channel that responds to changes in the electrical properties of the membrane in which it is embedded. Normally, the inner portion of the membrane is at a negative voltage. When that voltage becomes less negative and reaches a value specific to the channel, it opens and allows ions to cross the membrane (Figure 12.5.4).

Figure 12.5.4 – Voltage-Gated Channels: Voltage-gated channels open when the transmembrane voltage changes around them. Amino acids in the structure of the protein are sensitive to charge and cause the pore to open to the selected ion.

أ leak channel is randomly gated, meaning that it opens and closes at random, hence the reference to leaking. There is no actual event that opens the channel instead, it has an intrinsic rate of switching between the open and closed states. Leak channels contribute to the resting transmembrane voltage of the excitable membrane (Figure 12.5.5).

Figure 12.5.5 – Leak Channels: These channels open and close at random, allowing ions to pass through when they are open.


Chemical Synapse

When an action potential reaches the axon terminal it depolarizes the membrane and opens voltage-gated Na + channels. Na + ions enter the cell, further depolarizing the presynaptic membrane. This depolarization causes voltage-gated Ca 2+ channels to open. Calcium ions entering the cell initiate a signaling cascade that causes small membrane-bound vesicles, called الحويصلات المشبكية, containing neurotransmitter molecules to fuse with the presynaptic membrane. Synaptic vesicles are shown in Figure 16.14, which is an image from a scanning electron microscope.

Figure 16.14. This pseudocolored image taken with a scanning electron microscope shows an axon terminal that was broken open to reveal synaptic vesicles (blue and orange) inside the neuron. (credit: modification of work by Tina Carvalho, NIH-NIGMS scale-bar data from Matt Russell)

Figure 16.15. Communication at chemical synapses requires release of neurotransmitters. When the presynaptic membrane is depolarized, voltage-gated Ca2+ channels open and allow Ca2+ to enter the cell. The calcium entry causes synaptic vesicles to fuse with the membrane and release neurotransmitter molecules into the synaptic cleft. The neurotransmitter diffuses across the synaptic cleft and binds to ligand-gated ion channels in the postsynaptic membrane, resulting in a localized depolarization or hyperpolarization of the postsynaptic neuron.

Once neurotransmission has occurred, the neurotransmitter must be removed from the synaptic cleft so the postsynaptic membrane can “reset” and be ready to receive another signal. This can be accomplished in three ways: the neurotransmitter can diffuse away from the synaptic cleft, it can be degraded by enzymes in the synaptic cleft, or it can be recycled (sometimes called reuptake) by the presynaptic neuron. Several drugs act at this step of neurotransmission. For example, some drugs that are given to Alzheimer’s patients work by inhibiting acetylcholinesterase, the enzyme that degrades acetylcholine. This inhibition of the enzyme essentially increases neurotransmission at synapses that release acetylcholine. Once released, the acetylcholine stays in the cleft and can continually bind and unbind to postsynaptic receptors.

Table 16.2.Neurotransmitter Function and Location
ناقل عصبي مثال موقع
Acetylcholine CNS and/or PNS
Biogenic amine Dopamine, serotonin, norepinephrine CNS and/or PNS
حمض أميني Glycine, glutamate, aspartate, gamma aminobutyric acid CNS
Neuropeptide Substance P, endorphins CNS and/or PNS

Why do synapse transmissions go in one direction only?

It's true that the structure of the neurone and its synapses mean that transmission will only be in one direction. However, the fibre itself is capable of transmitting in both directions: if you artificially stimulated the axon in the middle, impulses would go out in both directions from the point of stimulation.

However, in a working neurone, there has to be some mechanism preventing the impulse from echoing back on itself all the time. This is prevented by the refractory period. When any one part of the neurone has an action potential, local electrical currents stimulate the next part - hence transmission. But the part which has just had an action potential is in the refractory period - it is temporarily hyperpolarised, so the local currents have no effect. This hyperpolarisation only lasts for about half a millisecond, so another action potential can come along very soon afterwards.

Hyperpolarisation is due to potassium gates in the membrane being open, so positively charged K+ ions diffuse in.


Outside Resources

Video: An animation of neurotransmitter actions at the synapse

Video: An interactive animation that allows students to observe the results of manipulations to excitatory and inhibitory post-synaptic potentials. Also includes animations and explanations of transmission and neural circuits. apps.childrenshospital.org/clinical/animation/neuron/ Video: Another animation of an action potential

Video: Another animation of neurotransmitter actions at the synapse

Video: Domino Action Potential: This hands-on activity helps students grasp the complex process of the action potential, as well as become familiar with the characteristics of transmission (e.g., all-or-none response, refractory period).

Video: For perspective on techniques in neuroscience to look inside the brain

Video: The Behaving Brain is the third program in the DISCOVERING PSYCHOLOGY series. This program looks at the structure and composition of the human brain: how neurons function, how information is collected and transmitted, and how chemical reactions relate to thought and behavior. www.learner.org/series/discoveringpsychology/03/e03expand.html Video: You can grow new brain cells. Here's how. -Can we, as adults, grow new neurons? Neuroscientist Sandrine Thuret says that we can, and she offers research and practical advice on how we can help our brains better perform neurogenesis&mdashimproving mood, increasing memory formation and preventing the decline associated with aging along the way.


شاهد الفيديو: الخلايا العصبية wmv YouTube (كانون الثاني 2022).