- Centrum Fizyki Teoretycznej PAN

XI Festiwal Nauki
w Centrum Fizyki Teoretycznej PAN
Podróże w czasie i przestrzeni
Jak układ nerwowy
przesyła informację,
czyli co ma wspólnego
neuron ze świecą
Szymon Łęski
Układ nerwowy
* przetwarzanie informacji zmysłowej
* koordynacja aktywności mięśni
* monitorowanie pracy organów
Wszystkie zadania układu
nerwowego wymagają sprawnego,
szybkiego przesyłania informacji.
Od szybkości może zależeć
przeżycie organizmu.
Skala czasu: milisekundy,
w układzie hormonalnym: sekundy
Neuron
Błona komórkowa
Częściowo przepuszczalna błona, oddzielająca wnętrze komórki od zewnętrza
Stężenia jonów są różne po obu stronach:
wewnątrz jest dużo jonów potasu,
na zewnątrz dużo jonów sodu.
Różnica stężeń powoduje powstanie napięcia elektrycznego.
Neuron – obwód elektryczny
Błona
komórkowa
Kanały jonowe
Różnica stężeń
Pasywne przesyłanie sygnałów
O pasywnym przesyłaniu mówimy, gdy przewodności
kanałów jonowych są stałe. Tę sytuację opisuje równanie kabla.
...
...
Potencjał czynnościowy
Pasywne przesyłanie sygnałów sprawdza się tylko na małych
odległościach (np. w dendrytach):
* wypływ ładunków przez błonę
* dyspersja
Przesyłanie informacji na większe odległości odbywa się za
pomocą potencjałów czynnościowych.
Po przekroczeniu
progowej wartości
napięcia dochodzi do
generacji sygnału, który
przemieszcza się wzdłuż
aksonu bez zmiany
kształtu i amplitudy.
Potencjał czynnościowy (2)
Generowanie potencjałów
czynnościowych jest możliwe
dzięki aktywnym własnościom
błony komórkowej:
przewodność kanałów jonowych
zależy od napięcia.
Nie jest to już zwykłe ładowanie
kondensatora przez opornik!
Ważną rolę odgrywa dynamiczne
otwieranie się i zamykanie
kanałów jonowych.
W czym pomaga izolacja?
Do szybszego przewodzenia sygnałów
potrzebny jest grubszy akson
dla aksonów bez osłonki mielinowej
d ~ v2
dla aksonów zmielinizowanych
d~v
Zwiększenie oporu
i zmniejszenie pojemności błony
Fot. Electron Microscopy Facility,
Trinity College
Neuron i świeca
?
Co się stanie przy zderzeniu potencjałów czynnościowych?
2 rodzaje podróżujących fal:
* solitony – ze zderzeń wychodzą niezmienione
* „palący się lont”
Fot. Matthew Bowden
www.digitallyrefreshing.com
Potencjały czynnościowe należą do drugiej z tych kategorii, a zatem przy
zderzeniu oba sygnały ulegną wygaszeniu!