Δραστηριότητες καταιγισμού ιδεών στην τάξη

Όλα τα σήματα από το εξωτερικό περιβάλλον λαμβάνονται από τους δενδρίτες και μεταφέρονται στον πυρήνα. Εάν ένα ερέθισμα φτάσει στον πυρήνα ενός νευρώνα που μπορεί να μεταβάλει το δυναμικό ηρεμίας μέχρι μια οριακή τιμή (περίπου -50 mV), δημιουργείται ένα δυναμικό ενέργειας ή νευρική ώση που διαδίδεται κατά μήκος του νευράξονα.

Η γένεση του δυναμικού ενέργειας συνδέεται με την ανταλλαγή ιόντων μέσω ορισμένων τασεοεξαρτώμενων διαύλων νατρίου Na+ και καλίου K+. Οι δίαυλοι νατρίου ανοίγουν πρώτοι, όταν το δυναμικό φτάσει στην οριακή τιμή, ωθώντας ιόντα μέσα στο κύτταρο που είναι αρνητικό και αποπολωτώντας γρήγορα τη μεμβράνη. Η ροή των ιόντων νατρίου μέσα στη μεμβράνη προκαλεί αντιστροφή της πολικότητας: μέσα στη μεμβράνη υπάρχει πλέον περίσσεια θετικού φορτίου, ενώ έξω έλλειψη θετικού φορτίου. Με αυτόν τον τρόπο, η μεμβράνη αποπολώνεται, μέχρι να φτάσει σε δυναμικό +50mV, τη μέγιστη τιμή του δυναμικού ενέργειας.

Η κατάσταση αποπόλωσης, ωστόσο, διαρκεί από 1 έως 2 χιλιοστά του δευτερολέπτου.

Μετά από αυτό, με την πάροδο του χρόνου, οι τασεοεξαρτώμενοι δίαυλοι νατρίου κλείνουν και οι τασεοεξαρτώμενοι δίαυλοι καλίου ανοίγουν. Οι τελευταίοι ανοίγουν πιο αργά και παραμένουν ανοιχτοί περισσότερο: τα ιόντα K+ ρέουν προς το εξωτερικό της μεμβράνης που αρχίζει να επαναπολώνεται, επαναφέροντας το δυναμικό σε αρνητική τιμή. Η ροή των K+ συνεχίζεται δημιουργώντας φάση υπερπόλωσης και το δυναμικό γίνεται πιο αρνητικό από το δυναμικό ηρεμίας. Τέλος, όλοι οι τασεοεξαρτώμενοι δίαυλοι κλείνουν και η δραστηριότητα της αντλίας νατρίου-καλίου επανεκκινεί, αποκαθιστώντας το δυναμικό ηρεμίας της πλασματικής μεμβράνης. Το εύρος (περίπου +50 mV) και η διάρκεια (περίπου 2 χιλιοστά του δευτερολέπτου) του δυναμικού ενέργειας είναι σταθερά, δηλαδή δεν εξαρτώνται από το μέγεθος της διέγερσης.

Το ηλεκτρικό σήμα που διαδίδεται μέσω του νευρώνα και στη συνέχεια μεταδίδεται σε επόμενους νευρώνες εκτελεί την ακόλουθη ακολουθία εξαιρετικά γρήγορων γεγονότων:

• το ηλεκτρικό ερέθισμα που επεξεργάζεται ο πυρήνας προκαλεί το άνοιγμα τασεοεξαρτώμενων διαύλων νατρίου σε ένα τμήμα κοντά στον πυρήνα· όταν επιτευχθεί η οριακή τιμή, παράγεται το πρώτο δυναμικό ενέργειας.
• η αποπόλωση διαδίδεται κατά μήκος του νευράξονα προκαλώντας το άνοιγμα τασεοεξαρτώμενων διαύλων νατρίου που βρίσκονται σε γειτονικές περιοχές της μεμβράνης· συνεπώς, παράγεται ένα δεύτερο δυναμικό ενέργειας, το οποίο με τη σειρά του θα παράγει ένα τρίτο κ.ο.κ.
• Ταυτόχρονα, στην περιοχή που είχε αποπολωθεί πρώτη, άνοιξαν τασεοεξαρτώμενοι δίαυλοι καλίου, επαναφέροντας τη μεμβράνη στο δυναμικό ηρεμίας.
• Τα δυναμικά διαδίδονται μόνο προς μία κατεύθυνση επειδή, μετά το κλείσιμο, οι τασεοεξαρτώμενοι δίαυλοι νατρίου υφίστανται περίοδο ανθεκτικότητας κατά την οποία δεν μπορούν να ανοίξουν ξανά.

Διάδοση του δυναμικού ενέργειας κατά μήκος ενός μη μυελινοποιημένου νευράξονα: βίντεο στο: Propagation of action potential in an unmyelinated axon - Animated medical physiology - YouTube

Οι νευρικές ίνες που περιβάλλονται από έλυτρο μυελίνης είναι πιο αδιάβροχες, καθώς το έλυτρο λειτουργεί ως ηλεκτρικός μονωτής: συνεπώς, η αποπόλωση και η διάδοση του δυναμικού ενέργειας συμβαίνει μόνο στα τμήματα όπου το έλυτρο απουσιάζει, τα οποία ονομάζονται κόμβοι του Ranvier. Το νευρικό σήμα "πηδά" από τον ένα κόμβο στον επόμενο με μεγαλύτερη ταχύτητα από ό,τι στις μη μυελινοποιημένες ίνες.

Ας το σκεφτούμε μαζί: Η μετάδοση του ηλεκτρικού σήματος πρώτα σε έναν νευρώνα και στη συνέχεια σε άλλους νευρώνες είναι γρήγορη και ακριβής. Η ταχύτητα μετάδοσης και η ακρίβεια της πληροφορίας είναι καθοριστικοί παράγοντες για τη σωστή εκτέλεση όλων των ανθρώπινων δραστηριοτήτων. Όταν κάτι σε αυτόν τον υπέροχο μηχανισμό μπλοκάρει ή σταματά, προκαλώντας μια νευρολογική ασθένεια, ο αντίκτυπος στην ποιότητα ζωής των ατόμων που επηρεάζονται είναι καταστροφικός. Η έρευνα για τις αρχές λειτουργίας της μετάδοσης του νευρικού σήματος αποτελεί τη βάση των πιο προηγμένων νευροτεχνολογιών, που αξιοποιούν την ηλεκτρική διέγερση ως θεραπεία. Έχετε ακούσει ποτέ για ηλεκτρόδια που τοποθετούνται σε παραπληγικούς ασθενείς οι οποίοι περπάτησαν ξανά;