กระแสประสาทเดินทางอย่างไร? แรงกระตุ้นของเส้นประสาท กลไกการเปลี่ยนแปลงและการส่งผ่าน ระบบประสาทส่วนปลาย

แรงกระตุ้นทางประสาท(lat. เส้นประสาทประสาท; lat. แรงกระตุ้นระเบิด, ดัน) - คลื่นกระตุ้นที่แพร่กระจายไปตามเส้นใยประสาท; หน่วยกระตุ้นการแพร่กระจาย

น. และ. รับประกันการส่งข้อมูลจากตัวรับไปยังศูนย์ประสาทและจากพวกเขาไปยังอวัยวะผู้บริหาร - กล้ามเนื้อโครงร่าง, กล้ามเนื้อเรียบของอวัยวะภายในและหลอดเลือด, ต่อมไร้ท่อและต่อมไร้ท่อ ฯลฯ

ข้อมูลที่ซับซ้อนเกี่ยวกับการระคายเคืองที่ส่งผลต่อร่างกายจะถูกเข้ารหัสในรูปแบบของกลุ่ม N. และ.-series ที่แยกจากกัน ตามกฎหมาย "ทั้งหมดหรือไม่มีเลย" (ดู) แอมพลิจูดและระยะเวลาของแต่ละ N. และการส่งผ่านไฟเบอร์เดียวกันนั้นคงที่ และความถี่และจำนวนของ N. และ ในชุดจะขึ้นอยู่กับความรุนแรงของการระคายเคือง วิธีการส่งข้อมูลนี้ต้านทานเสียงรบกวนได้มากที่สุด กล่าวคือ ไม่ได้ขึ้นอยู่กับสถานะของเส้นใยนำไฟฟ้าในช่วงกว้าง

การกระจายตัวของ N. และ. ระบุด้วยการนำศักยะงาน (ดูศักย์ไฟฟ้าชีวภาพ) การกระตุ้นอาจเป็นผลมาจากการระคายเคือง (ดู) ตัวอย่างเช่นผลของแสงต่อตัวรับภาพ เสียงต่อตัวรับการได้ยิน หรือกระบวนการที่เกิดขึ้นในเนื้อเยื่อ (การเกิดขึ้นเองของ N. และ.) ในกรณีเหล่านี้ N. และ. ตรวจสอบการทำงานของอวัยวะต่างๆ ที่มีการประสานงานในระหว่างกระบวนการทางสรีรวิทยาใด ๆ (ตัวอย่างเช่น ในกระบวนการหายใจ N. และ. ทำให้เกิดการหดตัวของกล้ามเนื้อโครงร่างและกะบังลม ส่งผลให้หายใจเข้าและหายใจออก ฯลฯ )

ในสิ่งมีชีวิต การถ่ายโอนข้อมูลสามารถทำได้ทางร่างกายโดยการปล่อยฮอร์โมน สารสื่อกลาง ฯลฯ เข้าสู่กระแสเลือด อย่างไรก็ตาม ข้อดีของข้อมูลที่ส่งผ่าน N. และก็คือการส่งข้อมูลที่มีเป้าหมายมากกว่า รวดเร็วและสามารถเข้ารหัสได้แม่นยำกว่าสัญญาณที่ส่งมาจากระบบร่างกาย

ความจริงที่ว่าลำต้นของเส้นประสาทเป็นเส้นทางที่อิทธิพลถูกส่งจากสมองไปยังกล้ามเนื้อและไปในทิศทางตรงกันข้ามเป็นที่ทราบกันดีในสมัยโบราณ ในยุคกลางและจนถึงกลางศตวรรษที่ 17 เชื่อกันว่ามีสารบางอย่างคล้ายของเหลวหรือเปลวไฟแพร่กระจายไปตามเส้นประสาท ความคิดของ ธรรมชาติทางไฟฟ้าน. และ. เกิดขึ้นในศตวรรษที่ 18 การศึกษาครั้งแรก ปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าในเนื้อเยื่อสิ่งมีชีวิตที่เกี่ยวข้องกับการเกิดขึ้นและการแพร่กระจายของการกระตุ้นดำเนินการโดย L. Galvani G. Helmholtz แสดงให้เห็นว่าความเร็วการแพร่กระจายของ N. และ. ซึ่งก่อนหน้านี้ถือว่าใกล้เคียงกับความเร็วแสง มีค่าจำกัดและสามารถวัดได้อย่างแม่นยำ เฮอร์มันน์ (แอล. เฮอร์มันน์) นำแนวคิดเรื่องศักยภาพในการดำเนินการมาสู่สรีรวิทยา คำอธิบายกลไกของการเกิดขึ้นและการนำการกระตุ้นเกิดขึ้นได้หลังจากการสร้างทฤษฎีการแยกตัวด้วยไฟฟ้าโดย S. Arrhenius ตามทฤษฎีนี้ เบิร์นสไตน์ (เจ. เบิร์นสไตน์) แนะนำว่าการเกิดขึ้นและการดำเนินการของ N. และ เกิดจากการเคลื่อนที่ของไอออนระหว่างเส้นใยประสาทและ สิ่งแวดล้อม- ภาษาอังกฤษ นักวิจัย A. Hodgkin, B. Katz และ E. Huxley ศึกษารายละเอียดเกี่ยวกับกระแสไอออนิกของเมมเบรนที่เป็นรากฐานของการพัฒนาศักยภาพในการดำเนินการ ต่อมากลไกการทำงานของช่องไอออนซึ่งมีการแลกเปลี่ยนไอออนระหว่างแอกซอนกับสิ่งแวดล้อมและกลไกที่ทำให้มั่นใจในความสามารถของเส้นใยประสาทในการนำชุดของ N. และ จังหวะและระยะเวลาที่แตกต่างกัน

น. และ. แพร่กระจายเนื่องจากกระแสน้ำในท้องถิ่นที่เกิดขึ้นระหว่างส่วนที่ตื่นเต้นและไม่ตื่นเต้นของเส้นใยประสาท กระแสน้ำที่ปล่อยเส้นใยออกไปด้านนอกในส่วนพักทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้น การหักเหของแสงที่เกิดขึ้นหลังจากการกระตุ้นในบริเวณที่กำหนดของเส้นใยประสาทจะเป็นตัวกำหนดการเคลื่อนที่ไปข้างหน้าของ N. และ

ความสัมพันธ์ระหว่างระยะต่างๆ ของการพัฒนาศักยภาพในการดำเนินการสามารถแสดงลักษณะเชิงปริมาณได้โดยการเปรียบเทียบขนาดและระยะเวลาในช่วงเวลาหนึ่ง ตัวอย่างเช่น เส้นใยประสาทชนิดไมอีลินของกลุ่ม A ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม เส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นใยอยู่ในช่วง 1-22 ไมครอน ความเร็วการนำไฟฟ้าอยู่ที่ 5-120 เมตรต่อวินาที ระยะเวลาและความกว้างของไฟฟ้าแรงสูง ส่วน (จุดสูงสุดหรือขัดขวาง) คือ 0.4-0 5 ms และ 100-120 mv ตามลำดับ ติดตามศักย์ไฟฟ้าลบ - 12-20 ms (3-5% ของแอมพลิจูดขัดขวาง) ติดตามศักย์ไฟฟ้าเชิงบวก - 40-60 ms (0.2 % ของแอมพลิจูดขัดขวาง)

ความเป็นไปได้ในการส่งข้อมูลต่าง ๆ ได้รับการขยายโดยการเพิ่มอัตราการพัฒนาศักยภาพในการดำเนินการความเร็วของการแพร่กระจายและโดยการเพิ่ม lability (ดู) - นั่นคือความสามารถของการก่อตัวที่น่าตื่นเต้นเพื่อสร้างจังหวะการกระตุ้นสูงต่อหน่วย เวลา.

ลักษณะเฉพาะของการแพร่กระจายของ N. และ. เกี่ยวข้องกับโครงสร้างของเส้นใยประสาท (ดู) แกนกลางของเส้นใย (แอกโซพลาสซึม) มีความต้านทานต่ำ จึงมีค่าการนำไฟฟ้าที่ดี และพลาสมาเมมเบรนที่อยู่รอบแอกโซพลาสซึมก็มีความต้านทานสูง ใหญ่เป็นพิเศษ ความต้านทานไฟฟ้าชั้นนอกของเส้นใยไมอีลิน ซึ่งมีเพียงโหนดของ Ranvier เท่านั้นที่ปราศจากเปลือกไมอีลินหนา ในเส้นใยที่ไม่มีไมอีลิน N. และ. เคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่องและในไมอีลิน - เป็นพัก ๆ (การนำเกลือ)

มีการแพร่กระจายของคลื่นกระตุ้นแบบลดลงและไม่ลดลง การนำแบบลดลง เช่น การนำการกระตุ้นด้วยการสูญพันธุ์ จะสังเกตได้ในเส้นใยที่ไม่มีปลอกไมอีลิน ในเส้นใยดังกล่าวจะมีความเร็วการนำของ N. และ มีขนาดเล็กและเมื่อคุณเคลื่อนตัวออกจากจุดที่มีการระคายเคือง ผลกระทบที่น่ารำคาญของกระแสน้ำในท้องถิ่นจะค่อยๆ ลดลงจนหมดสิ้นไป การนำกระแสลดลงเป็นลักษณะของเส้นใยที่สร้างอวัยวะภายในซึ่งมีการทำงานและความคล่องตัวต่ำ การนำความร้อนแบบไม่ลดลงเป็นลักษณะเฉพาะของเส้นใยไมอีลินและเส้นใยที่ไม่ใช่ไมอีลิเนตที่ส่งสัญญาณไปยังอวัยวะที่มีการตอบสนองสูง (เช่น กล้ามเนื้อหัวใจ) เมื่อดำเนินการแบบไม่ลดลง N. และ. ไปตลอดทางจากจุดที่ระคายเคืองไปจนถึงจุดที่นำข้อมูลไปใช้โดยไม่มีการลดทอน

ความเร็วสูงสุดของการนำกระแสประสาทที่บันทึกไว้ในเส้นใยประสาทที่นำกระแสเร็วของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมคือ 120 เมตร/วินาที ความเร็วการนำกระแสอิมพัลส์สูงสามารถทำได้โดยการเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นใยประสาท (สำหรับเส้นใยที่ไม่มีปลอกไมอีลิน) หรือโดยการเพิ่มระดับของเยื่อไมอีลิน การกระจายตัวของ N. และ. ในตัวมันเองไม่ต้องการค่าใช้จ่ายพลังงานโดยตรงเนื่องจากในระดับหนึ่งของโพลาไรเซชันของเมมเบรนแต่ละส่วนของเส้นใยประสาทจะอยู่ในสภาพพร้อมสำหรับการนำและบทบาทของ "ทริกเกอร์" สิ่งกระตุ้นที่น่ารำคาญ อย่างไรก็ตาม การฟื้นฟูสถานะเริ่มต้นของเส้นใยประสาทและรักษาให้พร้อมสำหรับเอ็นใหม่และ เกี่ยวข้องกับการใช้พลังงานในปฏิกิริยาทางชีวเคมีที่เกิดขึ้นในเส้นใยประสาท กระบวนการกู้คืนกลายเป็น คุ้มค่ามากในกรณีที่ดำเนินการชุด N. และ. เมื่อดำเนินการกระตุ้นเป็นจังหวะ (ชุดของแรงกระตุ้น) ในเส้นใยประสาท การผลิตความร้อนและการใช้ออกซิเจนประมาณสองเท่า ฟอสเฟตพลังงานสูงจะถูกใช้ไป และกิจกรรมของ Na,K-ATPase จะเพิ่มขึ้น ซึ่งระบุได้ด้วยปั๊มโซเดียม การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของกระบวนการทางกายภาพและเคมีต่างๆ และกระบวนการทางชีวเคมีขึ้นอยู่กับลักษณะของการกระตุ้นเป็นจังหวะ (ระยะเวลาของชุดของแรงกระตุ้นและความถี่ของการทำซ้ำ) และฟิสิออลซึ่งเป็นสถานะของเส้นประสาท เมื่อดำเนินการ จำนวนมากน. และ. ในจังหวะที่สูง "หนี้การเผาผลาญ" สามารถสะสมในเส้นใยประสาท (ซึ่งสะท้อนให้เห็นในการเพิ่มขึ้นของศักยภาพในการติดตามทั้งหมด) จากนั้นกระบวนการกู้คืนจะล่าช้า แต่แม้ภายใต้สภาวะเหล่านี้ความสามารถของเส้นใยประสาทในการนำ N. และ ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงมาเป็นเวลานาน

โอน N. และ. จากเส้นใยประสาทไปจนถึงเส้นใยกล้ามเนื้อหรือเอฟเฟกต์อื่น ๆ ดำเนินการผ่านไซแนปส์ (ดู) ในสัตว์มีกระดูกสันหลัง ในกรณีส่วนใหญ่ การถ่ายโอนการกระตุ้นไปยังเอฟเฟกต์เกิดขึ้นผ่านการปล่อยอะเซทิลโคลีน (ประสาทและกล้ามเนื้อของกล้ามเนื้อโครงร่าง การเชื่อมต่อซินแนปติกในหัวใจ ฯลฯ) ไซแนปส์ดังกล่าวมีลักษณะเฉพาะด้วยการนำแรงกระตุ้นด้านเดียวอย่างเคร่งครัดและการมีความล่าช้าในการส่งสัญญาณกระตุ้น

ในไซแนปส์ในรอยแยกซินแนปติกซึ่งมีความต้านทานกระแสไฟฟ้าเพียงเล็กน้อยเนื่องจากพื้นที่สัมผัสขนาดใหญ่ทำให้เกิดการส่งผ่านไฟฟ้าของการกระตุ้น ไม่มีความล่าช้าของซินแนปติกในการนำและการนำแบบทวิภาคีเป็นไปได้ ไซแนปส์ดังกล่าวเป็นลักษณะของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง

ทะเบียน N. และ. พบการนำไปประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางในด้านชีววิทยา การวิจัย และลิ่ม การปฏิบัติ สำหรับการบันทึก ให้ใช้ออสซิลโลสโคปแบบวนซ้ำและบ่อยกว่านั้น (ดูออสซิลโลสโคป) การใช้เทคโนโลยีไมโครอิเล็กโทรด (ดูวิธีการวิจัยไมโครอิเล็กโทรด) N. และ ในรูปแบบที่น่าตื่นเต้นเดี่ยว - เซลล์ประสาทและแอกซอน ความเป็นไปได้ในการศึกษากลไกการเกิดและการแพร่กระจายของ N. และ ขยายตัวอย่างมีนัยสำคัญหลังจากการพัฒนาวิธีการตรึงที่มีศักยภาพ วิธีนี้ใช้เพื่อรับข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับกระแสไอออนิก (ดูศักย์ไฟฟ้าชีวภาพ)

การละเมิดการนำของ N. และ เกิดขึ้นเมื่อลำต้นของเส้นประสาทได้รับความเสียหาย เช่น จากการบาดเจ็บทางกล การกดทับอันเป็นผลมาจากการเติบโตของเนื้องอก หรือในระหว่างกระบวนการอักเสบ การละเมิดดังกล่าวของ N. และ. มักจะกลับไม่ได้ ผลที่ตามมาของการหยุดปกคลุมด้วยเส้นอาจเป็นความผิดปกติของการทำงานและโภชนาการอย่างรุนแรง (ตัวอย่างเช่นการฝ่อของกล้ามเนื้อโครงร่างของแขนขาหลังจากการหยุดการจัดหาของ N. เนื่องจากการบาดเจ็บที่ลำต้นของเส้นประสาทที่ไม่สามารถกลับคืนสภาพเดิมได้) การหยุดแบบย้อนกลับของ N. และ. อาจเกิดขึ้นเพื่อการรักษาโดยเฉพาะ ตัวอย่างเช่น ด้วยความช่วยเหลือของยาชา พวกมันจะปิดกั้นแรงกระตุ้นที่มาจากตัวรับความเจ็บปวดในค. n. กับ. การหยุดแบบย้อนกลับของ N. และ. การปิดล้อมยาสลบหรือยาชายังทำให้เกิด การหยุดส่ง N. และ. ชั่วคราว ตามแนวตัวนำเส้นประสาทก็สังเกตได้ในระหว่างการดมยาสลบ

บรรณานุกรม: Brezhe M. A. กิจกรรมทางไฟฟ้าของระบบประสาท, ทรานส์ จากภาษาอังกฤษ ม. 2522; Zhukov E.K. บทความเกี่ยวกับสรีรวิทยาประสาทและกล้ามเนื้อ, JI., 1969; K o n el และ K. กระบวนการบูรณะและเมแทบอลิซึมในเส้นประสาทในหนังสือ: Sovr, probl ชีวฟิสิกส์, ทรานส์ จากภาษาอังกฤษ, เอ็ด. G. M. Frank และ A. G. Pasynsky, เล่ม 2, p. 211 ม. 2504;

Kostyuk P. G. สรีรวิทยาของระบบประสาทส่วนกลาง, Kyiv, 1977; ลัตมา-นิโซวา เจไอ V. เรียงความเกี่ยวกับสรีรวิทยาของการกระตุ้น, M. , 1972; สรีรวิทยาทั่วไปของระบบประสาท, เอ็ด. P. G. Kostyuk, JI., 1979; T a s a k i I. การกระตุ้นประสาท, ทรานส์ จากภาษาอังกฤษ ม. 2514; ฮอดจ์กิน เอ. แรงกระตุ้นเส้นประสาท, ทรานส์ จากภาษาอังกฤษ ม. 2508; Khodorov B. I. สรีรวิทยาทั่วไปของเยื่อหุ้มกระตุ้น, M. , 1975

เซลล์ประสาทสื่อสารกันโดยใช้ "ข้อความเส้นประสาท" “ข้อความ” เหล่านี้คล้ายกับกระแสไฟฟ้าที่วิ่งผ่านสายไฟ บางครั้ง เมื่อส่งจากเซลล์ประสาทหนึ่งไปยังอีกเซลล์ประสาทหนึ่ง แรงกระตุ้นเหล่านี้จะกลายเป็นข้อความทางเคมี

แรงกระตุ้นของเส้นประสาท

ข้อมูลจะถูกถ่ายโอนระหว่างเซลล์ประสาท เช่น กระแสไฟฟ้าในสายไฟ ข้อความเหล่านี้ได้รับการเข้ารหัส: เป็นลำดับของแรงกระตุ้นที่เหมือนกันโดยสิ้นเชิง รหัสนั้นอยู่ในความถี่ซึ่งก็คือจำนวนพัลส์ต่อวินาที แรงกระตุ้นถูกส่งจากเซลล์หนึ่งไปอีกเซลล์หนึ่ง จากเดนไดรต์ที่มีต้นกำเนิดไปยังแอกซอนที่พวกมันเคลื่อนผ่าน แต่ก็ยังมีความแตกต่างจาก เครือข่ายไฟฟ้า- แรงกระตุ้นถูกส่งผ่านไม่ได้ด้วยความช่วยเหลือของอิเล็กตรอน* แต่ด้วยความช่วยเหลือของอนุภาคที่ซับซ้อนมากขึ้น - ไอออน

ยาที่ส่งผลต่อความเร็วของแรงกระตุ้น

มีสารเคมีหลายชนิดที่สามารถเปลี่ยนลักษณะการส่งผ่านของแรงกระตุ้นเส้นประสาทได้ ตามกฎแล้วพวกเขาจะทำหน้าที่ในระดับซินแนปติก ยาชาและยากล่อมประสาทช้าลงและบางครั้งก็ระงับการส่งแรงกระตุ้นด้วยซ้ำ ในทางกลับกัน ยาแก้ซึมเศร้าและสารกระตุ้น เช่น คาเฟอีน มีส่วนช่วยให้การแพร่เชื้อดีขึ้น

ด้วยความเร็วที่ยอดเยี่ยม

แรงกระตุ้นของเส้นประสาทจะต้องเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วไปทั่วร่างกาย เซลล์ประสาทรอบตัวช่วยเร่งการผ่านของพวกมัน เซลล์เกลีย- พวกมันสร้างเปลือกของเส้นใยประสาทที่เรียกว่าไมอีลิน ผลก็คือ แรงกระตุ้นเดินทางด้วยความเร็วเหลือเชื่อ - มากกว่า 400 กม./ชม.

พันธะเคมี

ข้อความที่ส่งจากเซลล์ประสาทไปยังเซลล์ประสาทจะต้องถูกแปลงจากรูปแบบไฟฟ้าไปเป็นเคมี นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าแม้จะมีจำนวนมาก แต่เซลล์ประสาทก็ไม่เคยสัมผัสกัน แต่แรงกระตุ้นทางไฟฟ้าไม่สามารถส่งผ่านได้เว้นแต่จะมีการสัมผัสทางกายภาพ ดังนั้นเซลล์ประสาทจึงใช้ระบบพิเศษที่เรียกว่าไซแนปส์เพื่อสื่อสารระหว่างกัน ในสถานที่เหล่านี้ เซลล์ประสาทจะถูกแยกออกจากกันด้วยพื้นที่แคบๆ ที่เรียกว่ารอยแหว่งไซแนปติก เมื่อแรงกระตุ้นไฟฟ้ามาถึงเซลล์ประสาทแรก มันจะปล่อยออกจากไซแนปส์ โมเลกุลเคมีที่เรียกว่าสารสื่อประสาท สารเหล่านี้ที่ผลิตโดยเซลล์ประสาทจะเคลื่อนที่ผ่านรอยแยกไซแนปติกและตกลงบนตัวรับที่ออกแบบมาเป็นพิเศษสำหรับเซลล์ประสาทอื่น เป็นผลให้มีแรงกระตุ้นทางไฟฟ้าเกิดขึ้นอีก

แรงกระตุ้นเดินทางระหว่างเซลล์ประสาทในเวลาน้อยกว่าหนึ่งในพันของวินาที

ความแตกต่างของสารสื่อประสาท

สมองผลิตสารสื่อประสาทประมาณห้าสิบชนิด ซึ่งสามารถแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม ประการแรกประกอบด้วยสิ่งที่ทำให้เกิดแรงกระตุ้นเส้นประสาท - เรียกว่ากระตุ้น ในทางกลับกัน ในทางกลับกัน ชะลอการเกิดของมัน - สิ่งเหล่านี้คือสารสื่อประสาทที่ยับยั้ง เป็นที่น่าสังเกตว่าในกรณีส่วนใหญ่ เซลล์ประสาทจะปล่อยสารสื่อประสาทเพียงชนิดเดียวเท่านั้น และขึ้นอยู่กับว่าเป็นแบบกระตุ้นหรือแบบยับยั้ง เซลล์ประสาทส่งผลต่อเซลล์ประสาทข้างเคียงแตกต่างกันออกไป

การกระตุ้นประดิษฐ์

เซลล์ประสาทแต่ละเซลล์หรือกลุ่มของเซลล์ประสาทสามารถถูกกระตุ้นได้โดยใช้อิเล็กโทรดที่เสียบเข้าไปในเซลล์ประสาท เพื่อควบคุมแรงกระตุ้นไฟฟ้าไปยังบริเวณที่กำหนดไว้อย่างแม่นยำของสมอง บางครั้งวิธีนี้ใช้ในการแพทย์โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการรักษาผู้ป่วยที่เป็นโรคพาร์กินสัน โรคนี้ซึ่งแสดงออกในวัยชราจะมาพร้อมกับอาการสั่นของแขนขา อาการสั่นนี้สามารถหยุดได้ด้วยการกระตุ้นบริเวณเฉพาะของสมองอย่างต่อเนื่อง

เซลล์ประสาท - ไมโครคอมพิวเตอร์

เซลล์ประสาทแต่ละตัวสามารถรับข้อความได้หลายร้อยข้อความต่อวินาที และเพื่อไม่ให้มีข้อมูลมากเกินไป เขาจะต้องสามารถตัดสินระดับความสำคัญของข้อมูลและทำการวิเคราะห์เบื้องต้นได้ กิจกรรมการคำนวณนี้เกิดขึ้นภายในเซลล์ ที่นั่นแรงกระตุ้นกระตุ้นจะถูกเพิ่มและแรงกระตุ้นที่ยับยั้งจะถูกลบออก และเพื่อให้เซลล์ประสาทสร้างแรงกระตุ้นของตัวเอง จำเป็นที่ผลรวมของอันก่อนหน้าจะต้องมากกว่าค่าที่กำหนด ถ้าการเพิ่มของแรงกระตุ้นและแรงกระตุ้นที่ยับยั้งไม่เกินขีดจำกัดนี้ เซลล์ประสาทจะ "เงียบ"

ข้อมูลถนน

ในความสับสนวุ่นวายของเซลล์ประสาทนี้ มีวิถีทางที่กำหนดไว้อย่างสวยงาม ความคิดที่คล้ายกัน ความทรงจำที่คล้ายกันผ่านไป จะส่งเซลล์ประสาทและไซแนปส์เดียวกันออกไปเสมอ ยังไม่ทราบว่าวงจรการสื่อสารอิเล็กทรอนิกส์ที่มีลักษณะคล้ายวงจรเหล่านี้เกิดขึ้นและบำรุงรักษาได้อย่างไร แต่เป็นที่ชัดเจนว่ามีอยู่จริง และยิ่งแข็งแกร่งก็ยิ่งมีประสิทธิภาพมากขึ้นเท่านั้น ไซแนปส์ที่ใช้บ่อยจะทำงานเร็วขึ้น สิ่งนี้อธิบายว่าทำไมเราจำสิ่งต่าง ๆ ที่เราเคยเห็นหรือทำซ้ำหลายครั้งได้เร็วกว่า อย่างไรก็ตาม การเชื่อมต่อเหล่านี้ไม่ได้คงอยู่ตลอดไป บางส่วนอาจหายไปหากใช้ไม่เพียงพอ และอันใหม่จะปรากฏขึ้นมาแทนที่ หากจำเป็น เซลล์ประสาทจะสามารถสร้างการเชื่อมต่อใหม่ๆ ได้ตลอดเวลา

จุดสีเขียวเล็กๆ ในภาพ คือ ฮอร์โมนภายในหลอดเลือด

การเติมสารเคมี

เมื่อกล่าวกันว่านักกีฬาใช้ยาโด๊ปแบบฮอร์โมน หมายความว่าเขารับประทานฮอร์โมนในรูปแบบเม็ดยาหรือโดยการฉีดฮอร์โมนเข้าไปในเลือดโดยตรง ฮอร์โมนอาจเป็นฮอร์โมนธรรมชาติหรือฮอร์โมนเทียมก็ได้ ที่พบมากที่สุดคือฮอร์โมนการเจริญเติบโตและสเตียรอยด์ซึ่งทำให้กล้ามเนื้อมีขนาดใหญ่ขึ้นและแข็งแรงขึ้น เช่นเดียวกับฮอร์โมนอีริโธรโพอิตินซึ่งเป็นฮอร์โมนที่ช่วยเร่งการคลอดบุตร สารอาหารไปจนถึงกล้ามเนื้อ

สมองสามารถดำเนินการได้นับล้านครั้งภายในเสี้ยววินาที

ฮอร์โมนทำงานในสมอง

เครื่องมืออีกอย่างหนึ่งถูกใช้เพื่อแลกเปลี่ยนข้อมูลโดยสมอง - ฮอร์โมน- เหล่านี้ สารประกอบเคมีส่วนหนึ่งผลิตโดยสมองเองในกลุ่มเซลล์ประสาทที่อยู่ในไฮโปทาลามัส ฮอร์โมนเหล่านี้ควบคุมการผลิตฮอร์โมนอื่นๆ ที่ผลิตในส่วนอื่นๆ ของร่างกายในต่อมไร้ท่อ พวกมันทำหน้าที่แตกต่างจากสารสื่อประสาทซึ่งจับกับเซลล์ประสาทโดยตรงและขนส่งในเลือดไปยังอวัยวะต่างๆ ของร่างกายที่อยู่ห่างไกลจากสมอง เช่น หน้าอก รังไข่ อัณฑะ และไต เมื่อเกาะติดกับตัวรับฮอร์โมนจะทำให้เกิดปฏิกิริยาทางสรีรวิทยาต่างๆ ตัวอย่างเช่น ส่งเสริมการเจริญเติบโตของกระดูกและกล้ามเนื้อ ควบคุมความรู้สึกหิวกระหาย และแน่นอนว่าส่งผลต่อกิจกรรมทางเพศ

เซลล์ประสาทมอเตอร์

กิจกรรมการหดตัวของกล้ามเนื้อถูกควบคุมโดยใช้จำนวนมาก เซลล์ประสาทมอเตอร์- เซลล์ประสาท ซึ่งอยู่ในไขสันหลัง และมีกิ่งก้านยาว - แอกซอนพวกมันเข้าใกล้กล้ามเนื้อโดยเป็นส่วนหนึ่งของเส้นประสาทสั่งการ เมื่อเข้าไปในกล้ามเนื้อ แอกซอนจะแตกกิ่งก้านออกเป็นหลายกิ่ง แต่ละกิ่งเชื่อมต่อกับเส้นใยที่แยกจากกัน เหมือนกับสายไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกับบ้าน ดังนั้น เซลล์ประสาทสั่งการหนึ่งอันจึงควบคุมเส้นใยทั้งกลุ่ม (ที่เรียกว่า หน่วยประสาทมอเตอร์) ซึ่งทำงานเป็นหน่วยเดียว

กล้ามเนื้อประกอบด้วยหน่วยนิวโรมอเตอร์จำนวนมากและไม่สามารถทำงานได้กับมวลทั้งหมด แต่ทำงานเป็นบางส่วนซึ่งช่วยให้คุณควบคุมความแข็งแกร่งและความเร็วของการหดตัวได้

เรามาดูโครงสร้างเซลล์ประสาทโดยละเอียดกันดีกว่า

หน่วยโครงสร้างและการทำงานของระบบประสาทคือเซลล์ประสาท - เซลล์ประสาท.

เซลล์ประสาท- เซลล์พิเศษที่สามารถรับ ประมวลผล ส่งและจัดเก็บข้อมูล จัดปฏิกิริยาต่อการกระตุ้น และสร้างการติดต่อกับเซลล์ประสาทและเซลล์อวัยวะอื่น ๆ

เซลล์ประสาทประกอบด้วยร่างกายที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 3 ถึง 130 ไมโครเมตร ซึ่งมีนิวเคลียส (ที่มีรูพรุนนิวเคลียร์จำนวนมาก) และออร์แกเนล (รวมถึงโครงร่างตาข่ายเอนโดพลาสซึมแบบหยาบที่ได้รับการพัฒนาอย่างมากซึ่งมีไรโบโซมที่ทำงานอยู่ อุปกรณ์ Golgi) รวมถึงกระบวนการต่างๆ . กระบวนการมีสองประเภท: เดนไดรต์และแอกซอนเซลล์ประสาทมีโครงร่างโครงร่างที่พัฒนาแล้วและซับซ้อนซึ่งแทรกซึมกระบวนการของมัน โครงร่างของเซลล์รักษารูปร่างของเซลล์ เส้นใยของมันทำหน้าที่เป็น "ราง" สำหรับการขนส่งออร์แกเนลล์และสารที่บรรจุในถุงเมมเบรน (เช่น สารสื่อประสาท)

เดนไดรต์- การแยกกระบวนการสั้น ๆ ที่รับสัญญาณจากเซลล์ประสาทอื่น เซลล์รับ หรือโดยตรงจากสิ่งเร้าภายนอก เดนไดรต์นำกระแสประสาทไปยังร่างกายของเซลล์ประสาท

แอกซอน– กระบวนการอันยาวนานในการกระตุ้นจากเซลล์ประสาท

ความสามารถพิเศษของเซลล์ประสาทคือ:

- ความสามารถในการสร้างประจุไฟฟ้า
- ถ่ายทอดข้อมูลโดยใช้ตอนจบแบบพิเศษ –ไซแนปส์

แรงกระตุ้นเส้นประสาท

แล้วการส่งกระแสประสาทเกิดขึ้นได้อย่างไร?
หากการกระตุ้นของเซลล์ประสาทเกินค่าเกณฑ์ที่กำหนด การเปลี่ยนแปลงทางเคมีและไฟฟ้าจะเกิดขึ้นที่จุดกระตุ้นซึ่งแพร่กระจายไปทั่วเซลล์ประสาททั้งหมด การเปลี่ยนแปลงทางไฟฟ้าที่ส่งเรียกว่า แรงกระตุ้นเส้นประสาท

แตกต่างจากการปล่อยกระแสไฟฟ้าธรรมดาซึ่งเนื่องจากความต้านทานของเซลล์ประสาทจะค่อยๆอ่อนลงและจะสามารถครอบคลุมได้เพียงระยะทางสั้น ๆ แรงกระตุ้นเส้นประสาท "ที่ทำงาน" ที่ช้ากว่ามากจะถูกฟื้นฟูอย่างต่อเนื่อง (สร้างใหม่) ในกระบวนการแพร่กระจาย
ความเข้มข้นของไอออน (อะตอมที่มีประจุไฟฟ้า) - ส่วนใหญ่เป็นโซเดียมและโพแทสเซียมเช่นกัน สารอินทรีย์– ภายนอกเซลล์ประสาทและภายในไม่เหมือนกัน ดังนั้นเซลล์ประสาทที่เหลือจึงมีประจุลบจากภายใน และประจุบวกจากภายนอก เป็นผลให้เกิดความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นบนเยื่อหุ้มเซลล์ (ที่เรียกว่า "ศักยภาพในการพัก" คือประมาณ –70 มิลลิโวลต์) การเปลี่ยนแปลงใด ๆ ที่ลดประจุลบภายในเซลล์และด้วยเหตุนี้จึงเรียกว่าความต่างศักย์ข้ามเมมเบรน การสลับขั้ว
พลาสมาเมมเบรนที่อยู่รอบเซลล์ประสาทเป็นรูปแบบที่ซับซ้อนซึ่งประกอบด้วยไขมัน (ไขมัน) โปรตีน และคาร์โบไฮเดรต ไอออนไม่สามารถทะลุผ่านได้ในทางปฏิบัติ แต่โมเลกุลโปรตีนบางส่วนในเมมเบรนจะสร้างช่องทางให้ไอออนบางชนิดสามารถผ่านได้ อย่างไรก็ตาม ช่องเหล่านี้เรียกว่าช่องไอออน ไม่ได้เปิดตลอดเวลา แต่สามารถเปิดและปิดได้เช่นเดียวกับประตู
เมื่อเซลล์ประสาทถูกกระตุ้น ช่องโซเดียม (Na+) บางส่วนจะเปิดขึ้น ณ จุดกระตุ้น ทำให้โซเดียมไอออนเข้าสู่เซลล์ได้ การไหลเข้าของไอออนที่มีประจุบวกเหล่านี้จะช่วยลดประจุลบของพื้นผิวด้านในของเมมเบรนในบริเวณช่องสัญญาณซึ่งนำไปสู่การสลับขั้วซึ่งมาพร้อมกับ การเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันแรงดันและการคายประจุ - สิ่งที่เรียกว่า “ศักยภาพในการดำเนินการ” เช่น แรงกระตุ้นเส้นประสาท จากนั้นช่องโซเดียมจะปิดลง
ในเซลล์ประสาทจำนวนมาก ดีโพลาไรซ์ยังทำให้ช่องโพแทสเซียม (K+) เปิด ทำให้โพแทสเซียมไอออนออกจากเซลล์ การสูญเสียไอออนที่มีประจุบวกเหล่านี้จะเพิ่มประจุลบบนพื้นผิวด้านในของเมมเบรนอีกครั้ง จากนั้นช่องโพแทสเซียมก็ปิดลง โปรตีนเมมเบรนชนิดอื่นก็เริ่มทำงานเช่นกัน - ที่เรียกว่า ปั๊มโพแทสเซียมโซเดียมที่จะย้าย Na+ ออกจากเซลล์และ K+ เข้าไปในเซลล์ ซึ่งควบคู่ไปกับการทำงานของโพแทสเซียมแชนเนล จะคืนสถานะเคมีไฟฟ้าดั้งเดิม (ศักยภาพในการพักตัว) ณ จุดกระตุ้น
การเปลี่ยนแปลงทางเคมีไฟฟ้า ณ จุดกระตุ้นทำให้เกิดการสลับขั้วที่จุดที่อยู่ติดกันบนเมมเบรน และกระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในวงจรเดียวกัน กระบวนการนี้เกิดขึ้นซ้ำอย่างต่อเนื่อง และในแต่ละจุดใหม่ที่เกิดดีโพลาไรเซชัน แรงกระตุ้นที่มีขนาดเท่ากันก็เกิดขึ้นเช่นเดียวกับที่จุดก่อนหน้า ดังนั้น ควบคู่ไปกับวงจรไฟฟ้าเคมีที่ได้รับการปรับปรุงใหม่ แรงกระตุ้นของเส้นประสาทจึงแพร่กระจายไปตามเซลล์ประสาทจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง

เราได้ค้นพบแล้วว่าแรงกระตุ้นเส้นประสาทเดินทางผ่านเซลล์ประสาทได้อย่างไร ตอนนี้เรามาดูกันว่าแรงกระตุ้นถูกส่งจากแอกซอนไปยังเส้นใยกล้ามเนื้ออย่างไร

ไซแนปส์

แอกซอนตั้งอยู่ในเส้นใยกล้ามเนื้อในช่องพิเศษ ซึ่งเกิดจากการยื่นออกมาของแอกซอนและไซโตพลาสซึมของเส้นใยเซลล์
ไซแนปส์ประสาทและกล้ามเนื้อเกิดขึ้นระหว่างพวกเขา

ชุมทางประสาทและกล้ามเนื้อ– เส้นประสาทที่สิ้นสุดระหว่างแอกซอนของเซลล์ประสาทสั่งการและเส้นใยกล้ามเนื้อ

1. แอกซอน.
2. เยื่อหุ้มเซลล์
3. ถุง Axon synaptic
4. โปรตีนตัวรับ
5. ไมโตคอนเดรีย.

ไซแนปส์ประกอบด้วยสามส่วน:
1) องค์ประกอบ presynaptic (ให้ออก) ที่มี synaptic vesicles (vesicles) พร้อมตัวส่งสัญญาณ
2) แหว่ง synaptic (แหว่งส่ง)
3) องค์ประกอบโพสซินแนปติก (การรับรู้) ที่มีโปรตีนตัวรับที่รับประกันการทำงานร่วมกันของเครื่องส่งสัญญาณกับเมมเบรนโพสต์ซินแนปติกและโปรตีนของเอนไซม์ที่ทำลายหรือปิดการใช้งานเครื่องส่งสัญญาณ

องค์ประกอบพรีไซแนปติก- องค์ประกอบที่ส่งกระแสประสาท
องค์ประกอบโพสซินแนปติก- องค์ประกอบที่ได้รับแรงกระตุ้นเส้นประสาท
แหว่ง Synaptic- ช่วงเวลาที่การส่งกระแสประสาทเกิดขึ้น

เมื่อแรงกระตุ้นเส้นประสาทในรูปแบบของศักยภาพในการดำเนินการ (กระแสเมมเบรนที่เกิดจากโซเดียมและโพแทสเซียมไอออน) "มาถึง" ที่ไซแนปส์ แคลเซียมไอออนจะเข้าสู่องค์ประกอบพรีไซแนปติก

คนกลาง– สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่หลั่งออกมาจากปลายประสาทและส่งแรงกระตุ้นเส้นประสาทที่ไซแนปส์ ตัวกลางใช้ในการส่งแรงกระตุ้นไปยังเส้นใยกล้ามเนื้อ – อะเซทิลโคลีน

แคลเซียมไอออนช่วยให้ถุงน้ำแตกและปล่อยตัวส่งสัญญาณเข้าไปในรอยแยกซินแนปติก เมื่อผ่านรอยแยกไซแนปติกแล้ว ตัวส่งสัญญาณจะจับกับโปรตีนตัวรับบนเยื่อโพสซินแนปติก อันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์นี้ แรงกระตุ้นของเส้นประสาทใหม่เกิดขึ้นบนเมมเบรนโพสซินแนปติก ซึ่งถูกส่งไปยังเซลล์อื่น หลังจากมีปฏิสัมพันธ์กับตัวรับ ตัวกลางจะถูกทำลายและกำจัดออกโดยโปรตีนของเอนไซม์ ข้อมูลจะถูกส่งไปยังเซลล์ประสาทอื่น ๆ ในรูปแบบที่เข้ารหัส (ลักษณะความถี่ของศักยภาพที่เกิดขึ้นบนเมมเบรนโพสต์ซินแนปติก; อะนาล็อกแบบง่ายของรหัสดังกล่าวคือบาร์โค้ดบนบรรจุภัณฑ์ของผลิตภัณฑ์) “การถอดรหัส” เกิดขึ้นในศูนย์ประสาทที่เกี่ยวข้อง
ตัวกลางที่ไม่ได้ผูกมัดกับตัวรับจะถูกทำลายโดยเอนไซม์พิเศษหรือจับกลับเข้าไปในถุงของจุดสิ้นสุดของพรีไซแนปติก

วิดีโอที่น่าสนใจเกี่ยวกับการเดินทางของแรงกระตุ้นเส้นประสาท:

วิดีโอที่สวยงามยิ่งขึ้น

ไซแนปส์

วิธีดำเนินการกระตุ้นเส้นประสาท (สไลด์โชว์)

8317 0

เซลล์ประสาท

ในสัตว์ชั้นสูง เซลล์ประสาทจะสร้างอวัยวะของระบบประสาทส่วนกลาง (CNS) - สมองและ ไขสันหลัง— และระบบประสาทส่วนปลาย (PNS) ซึ่งรวมถึงเส้นประสาทและกระบวนการที่เชื่อมต่อระบบประสาทส่วนกลางกับกล้ามเนื้อ ต่อม และตัวรับ

โครงสร้าง

เซลล์ประสาทไม่ได้สืบพันธุ์โดยไมโทซีส (การแบ่งเซลล์) เซลล์ประสาทเรียกว่าเซลล์อะมิโทติค - หากถูกทำลายจะไม่สามารถฟื้นตัวได้ ปมประสาทเป็นกลุ่มของเซลล์ประสาทที่อยู่นอกระบบประสาทส่วนกลาง เซลล์ประสาททั้งหมดประกอบด้วยองค์ประกอบดังต่อไปนี้

เซลล์ร่างกาย- เหล่านี้คือนิวเคลียสและไซโตพลาสซึม

แอกซอน.เป็นส่วนขยายที่ยาวและบางซึ่งส่งข้อมูลจากร่างกายของเซลล์ไปยังเซลล์อื่นผ่านการเชื่อมต่อที่เรียกว่าไซแนปส์ แอกซอนบางตัวมีความยาวน้อยกว่า 1 เซนติเมตร ในขณะที่บางตัวยาวมากกว่า 90 ซม. แอกซอนส่วนใหญ่ล้อมรอบด้วยสารป้องกันที่เรียกว่าปลอกไมอีลิน ซึ่งช่วยเร่งกระบวนการส่งแรงกระตุ้นเส้นประสาท การตีบตันบนแอกซอนในช่วงเวลาหนึ่งเรียกว่าโหนดของรันเวียร์

เดนไดรต์เป็นโครงข่ายของเส้นใยสั้นที่ยื่นออกมาจากแอกซอนหรือตัวเซลล์ และเชื่อมต่อปลายแอกซอนจากเซลล์ประสาทอื่นๆ เดนไดรต์ให้ข้อมูลแก่เซลล์โดยการรับและส่งสัญญาณ เซลล์ประสาทแต่ละเซลล์สามารถมีเดนไดรต์ได้หลายร้อยเส้น

โครงสร้างเซลล์ประสาท

ฟังก์ชั่น

เซลล์ประสาทสัมผัสกันทางเคมีไฟฟ้า โดยส่งแรงกระตุ้นไปทั่วร่างกาย

เปลือกไมอีลิน

- เซลล์ชวานน์ขดตัวรอบแอกซอนตั้งแต่หนึ่งแอกซอนขึ้นไป (ก)ก่อตัวเป็นเปลือกไมอีลิน
- ประกอบด้วยพลาสมาเมมเบรนหลายชั้น (อาจเป็น 50-100) (ข)ระหว่างที่ไซโตซอลเหลว (ไซโตพลาสซึมไร้ไฮโปคอนเดรียและองค์ประกอบอื่น ๆ ของเอนโดพลาสซึมเรติคูลัม) ไหลเวียน ยกเว้นชั้นบนสุด (วี).
- เปลือกไมอีลินรอบแอกซอนยาวแบ่งออกเป็นส่วน ๆ ซึ่งแต่ละส่วนประกอบขึ้นจากเซลล์ชวานน์ที่แยกจากกัน
- ส่วนที่อยู่ติดกันจะถูกคั่นด้วยส่วนแคบที่เรียกว่าโหนดของ Ranvier (ช)โดยที่แอกซอนไม่มีเปลือกไมอีลิน

แรงกระตุ้นของเส้นประสาท

ในสัตว์ชั้นสูง สัญญาณจะถูกส่งไปทั่วร่างกายและจากสมองในรูปแบบ แรงกระตุ้นไฟฟ้าส่งผ่านเส้นประสาท เส้นประสาทสร้างแรงกระตุ้นเมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ เคมี หรือทางไฟฟ้าในเยื่อหุ้มเซลล์

1 เซลล์ประสาทที่กำลังพัก

เซลล์ประสาทที่อยู่นิ่งมีประจุลบอยู่ภายในเยื่อหุ้มเซลล์ (a) และมีประจุบวกอยู่นอกเยื่อหุ้มเซลล์นี้ (b) ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าศักย์เยื่อตกค้าง

ได้รับการสนับสนุนจากสองปัจจัย:

การซึมผ่านต่างๆ เยื่อหุ้มเซลล์สำหรับโซเดียมและโพแทสเซียมไอออนซึ่งมีประจุบวกเท่ากัน โซเดียมกระจาย (ผ่าน) เข้าสู่เซลล์ช้ากว่าโพแทสเซียมที่ปล่อยออกมา

การแลกเปลี่ยนโซเดียม-โพแทสเซียม ซึ่งไอออนบวกจะออกจากเซลล์มากกว่าที่จะเข้าไป เป็นผลให้ไอออนบวกสะสมอยู่นอกเยื่อหุ้มเซลล์มากกว่าภายใน

2 เซลล์ประสาทที่ถูกกระตุ้น

เมื่อเซลล์ประสาทถูกกระตุ้น การซึมผ่านของเยื่อหุ้มเซลล์บางส่วนจะเปลี่ยนไป ไอออนโซเดียมบวก (g) เริ่มเข้าสู่เซลล์เร็วกว่าตำแหน่งพัก ซึ่งนำไปสู่การเพิ่มศักยภาพเชิงบวกภายในเซลล์ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าดีโพลาไรเซชัน

3 แรงกระตุ้นของเส้นประสาท

ดีโพลาไรเซชันจะค่อยๆ แพร่กระจายไปยังเยื่อหุ้มเซลล์ทั้งหมด (e) ประจุที่ด้านข้างของเยื่อหุ้มเซลล์จะค่อยๆ เปลี่ยนไป (ไม่ใช่ชั่วขณะหนึ่ง) ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าโพลาไรเซชันแบบย้อนกลับ โดยพื้นฐานแล้วนี่คือแรงกระตุ้นเส้นประสาทที่ส่งผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ของเซลล์ประสาท

4 การรีโพลาไรซ์

การซึมผ่านของเยื่อหุ้มเซลล์เปลี่ยนแปลงอีกครั้ง ไอออนโซเดียมบวก (Na+) เริ่มออกจากเซลล์ (e) ในที่สุด ประจุบวกก็จะเกิดขึ้นนอกเซลล์อีกครั้ง และประจุบวกก็ก่อตัวขึ้นภายในเซลล์ กระบวนการนี้เรียกว่าการโพลาไรเซชัน

ผู้สมัครสาขาวิทยาศาสตร์ชีวภาพ แอล. ชัยลักษณ์ นักวิจัยจากสถาบันชีวฟิสิกส์แห่งสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งสหภาพโซเวียต

ผู้อ่านนิตยสาร L. Gorbunova (หมู่บ้าน Tsybino ภูมิภาคมอสโก) เขียนถึงเราว่า “ฉันสนใจกลไกการส่งสัญญาณผ่านเซลล์ประสาท”

ผู้ได้รับรางวัล รางวัลโนเบล 1963 (จากซ้ายไปขวา): เอ. ฮอดจ์กิน, อี. ฮักซ์ลีย์, ดี. เอ็กเคิลส์

ความคิดของนักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับกลไกการส่งกระแสประสาทได้เกิดขึ้นแล้ว เมื่อเร็วๆ นี้การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญ จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ มุมมองของเบิร์นสไตน์ครอบงำวิทยาศาสตร์

สมองของมนุษย์นั้นไม่ต้องสงสัยเลย ความสำเร็จสูงสุดธรรมชาติ. เนื้อเยื่อประสาทหนึ่งกิโลกรัมประกอบด้วยแก่นสารของบุคคลทั้งหมด เริ่มต้นจากการควบคุมการทำงานที่สำคัญ - การทำงานของหัวใจ, ปอด, ระบบย่อยอาหาร, ตับ - และสิ้นสุดด้วยโลกแห่งจิตวิญญาณของเขา นี่คือความสามารถในการคิดของเรา การรับรู้โลกทั้งหมด ความทรงจำ เหตุผล การตระหนักรู้ในตนเองของเรา “ฉัน” ของเรา การรู้กลไกการทำงานของสมองคือการรู้จักตัวเอง

เป้าหมายนั้นยิ่งใหญ่และน่าดึงดูด แต่เป้าหมายของการวิจัยนั้นซับซ้อนอย่างไม่น่าเชื่อ ล้อเล่นนะ ผ้ากิโลกรัมนี้เป็นตัวแทน ระบบที่ซับซ้อนที่สุดการเชื่อมต่อระหว่างเซลล์ประสาทนับหมื่นล้านเซลล์

อย่างไรก็ตาม ก้าวแรกที่สำคัญในการทำความเข้าใจวิธีการทำงานของสมองได้ดำเนินไปแล้ว อาจเป็นหนึ่งในวิธีที่ง่ายที่สุด แต่สำคัญอย่างยิ่งสำหรับทุกสิ่งที่ตามมา

ฉันหมายถึงการศึกษากลไกการส่งกระแสประสาท - สัญญาณที่วิ่งไปตามเส้นประสาทราวกับผ่านสายไฟ สัญญาณเหล่านี้เป็นตัวอักษรของสมองด้วยความช่วยเหลือของประสาทสัมผัสในการส่งข้อมูลเกี่ยวกับเหตุการณ์ในโลกภายนอกไปยังระบบประสาทส่วนกลาง สมองเข้ารหัสคำสั่งไปยังกล้ามเนื้อและสิ่งต่างๆ ด้วยแรงกระตุ้นของเส้นประสาท อวัยวะภายใน- ในที่สุด เซลล์ประสาทและศูนย์ประสาทแต่ละแห่งจะพูดภาษาของสัญญาณเหล่านี้

เซลล์ประสาทซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักของสมอง มีขนาดและรูปร่างแตกต่างกันไป แต่โดยหลักการแล้ว เซลล์ประสาทมีโครงสร้างเดียว เซลล์ประสาทแต่ละเซลล์ประกอบด้วยสามส่วน: ร่างกาย เส้นใยประสาทยาว - แอกซอน (ความยาวของมนุษย์มีตั้งแต่หลายมิลลิเมตรถึงหนึ่งเมตร) และกระบวนการแตกแขนงสั้น ๆ หลายกระบวนการ - เดนไดรต์ เซลล์ประสาทถูกแยกออกจากกันด้วยเยื่อหุ้มเซลล์ แต่เซลล์ยังคงมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน สิ่งนี้เกิดขึ้นที่ทางแยกของเซลล์ ทางแยกนี้เรียกว่า "ไซแนปส์" ที่ไซแนปส์ แอกซอนของเซลล์ประสาทหนึ่งและร่างกายหรือเดนไดรต์ของอีกเซลล์หนึ่งมาบรรจบกัน ยิ่งกว่านั้นเป็นเรื่องน่าสนใจที่การกระตุ้นสามารถส่งผ่านในทิศทางเดียวเท่านั้น: จากแอกซอนไปยังร่างกายหรือเดนไดรต์ แต่ไม่ว่าในกรณีใด ไซแนปส์ก็เหมือนกับคีโนตรอน: มันส่งสัญญาณไปในทิศทางเดียวเท่านั้น

ในปัญหาของการศึกษากลไกของแรงกระตุ้นเส้นประสาทและการแพร่กระจายของมันสามารถแยกแยะคำถามหลักสองข้อ: ธรรมชาติของการนำกระแสประสาทหรือการกระตุ้นภายในเซลล์เดียว - ตามแนวเส้นใยและกลไกของการส่งแรงกระตุ้นเส้นประสาท จากเซลล์หนึ่งไปอีกเซลล์ - ผ่านไซแนปส์

ลักษณะของสัญญาณที่ส่งจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์ตามเส้นใยประสาทเป็นอย่างไร?

ผู้คนสนใจปัญหานี้มาเป็นเวลานาน เดส์การตส์สันนิษฐานว่าการแพร่กระจายของสัญญาณเกี่ยวข้องกับการถ่ายของเหลวผ่านเส้นประสาทราวกับผ่านท่อ นิวตันคิดว่ามันเป็นกระบวนการทางกลล้วนๆ ปรากฏเมื่อใด. ทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้านักวิทยาศาสตร์ตัดสินใจว่าแรงกระตุ้นของเส้นประสาทนั้นคล้ายกับการเคลื่อนที่ของกระแสผ่านตัวนำด้วยความเร็วใกล้กับความเร็วของการแพร่กระจายของการสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้า ในที่สุดด้วยการพัฒนาทางชีวเคมีก็มีมุมมองหนึ่งว่าการเคลื่อนไหวของแรงกระตุ้นเส้นประสาทคือการแพร่กระจายไปตามเส้นใยประสาทของปฏิกิริยาทางชีวเคมีพิเศษ

แต่ความคิดเหล่านี้กลับไม่เกิดผลเลย

ปัจจุบันธรรมชาติของแรงกระตุ้นเส้นประสาทได้ถูกเปิดเผยแล้ว: มันเป็นกระบวนการเคมีไฟฟ้าที่ละเอียดอ่อนอย่างน่าประหลาดใจ ซึ่งขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของไอออนผ่านเยื่อหุ้มเซลล์

งานของนักวิทยาศาสตร์สามคนมีส่วนสำคัญในการค้นพบธรรมชาตินี้: Alan Hodgkin ศาสตราจารย์ด้านชีวฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์; Andrew Huxley ศาสตราจารย์ด้านสรีรวิทยา มหาวิทยาลัยลอนดอน และ John Eccles ศาสตราจารย์ด้านสรีรวิทยา มหาวิทยาลัยแคนเบอร์รา ประเทศออสเตรเลีย พวกเขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาการแพทย์ในปี 1963

นักสรีรวิทยาชาวเยอรมันผู้มีชื่อเสียง เบิร์นสไตน์ เป็นคนแรกที่เสนอแนะลักษณะทางเคมีไฟฟ้าของแรงกระตุ้นเส้นประสาทเมื่อต้นศตวรรษนี้

ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 มีคนรู้เรื่องการกระตุ้นประสาทค่อนข้างมาก นักวิทยาศาสตร์รู้อยู่แล้วว่าเส้นใยประสาทสามารถถูกกระตุ้นด้วยกระแสไฟฟ้าได้ และการกระตุ้นมักจะเกิดขึ้นภายใต้แคโทด - ใต้เครื่องหมายลบ เป็นที่ทราบกันว่าบริเวณที่ตื่นเต้นของเส้นประสาทนั้นมีประจุลบสัมพันธ์กับบริเวณที่ไม่ตื่นเต้น พบว่าแรงกระตุ้นเส้นประสาทในแต่ละจุดมีเพียง 0.001-0.002 วินาที ซึ่งขนาดการกระตุ้นไม่ได้ขึ้นอยู่กับความแรงของการระคายเคือง เช่นเดียวกับระดับเสียงของกระดิ่งในอพาร์ตเมนต์ของเราไม่ได้ขึ้นอยู่กับว่าเรากดแรงแค่ไหน ปุ่ม ในที่สุดนักวิทยาศาสตร์ก็พบว่าพาหะ กระแสไฟฟ้าในเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิตคือไอออน นอกจากนี้ภายในเซลล์อิเล็กโทรไลต์หลักคือเกลือโพแทสเซียมและเกลือโซเดียมในของเหลวในเนื้อเยื่อ ภายในเซลล์ส่วนใหญ่ ความเข้มข้นของโพแทสเซียมไอออนจะสูงกว่าในเลือดและของเหลวระหว่างเซลล์ที่ล้างเซลล์ถึง 30-50 เท่า

และจากข้อมูลทั้งหมดนี้ เบิร์นสไตน์แนะนำว่าเยื่อหุ้มของเซลล์ประสาทและกล้ามเนื้อเป็นเยื่อหุ้มชนิดพิเศษที่สามารถซึมผ่านได้ สามารถซึมผ่านได้เฉพาะกับ K + ไอออนเท่านั้น สำหรับไอออนอื่นๆ ทั้งหมด รวมถึงแอนไอออนที่มีประจุลบภายในเซลล์ เส้นทางจะถูกปิด เป็นที่ชัดเจนว่าโพแทสเซียมตามกฎของการแพร่กระจายมีแนวโน้มที่จะออกจากเซลล์แอนไอออนส่วนเกินจะปรากฏในเซลล์และความต่างที่อาจเกิดขึ้นจะปรากฏที่ทั้งสองด้านของเมมเบรน: ภายนอก - บวก (ไอออนบวกส่วนเกิน) ข้างใน - ลบ (แอนไอออนส่วนเกิน) ความต่างศักย์นี้เรียกว่าศักยภาพในการพัก ดังนั้น ในเวลาที่เหลือ ในสภาวะไม่ตื่นเต้น ภายในเซลล์จะมีประจุลบเสมอเมื่อเปรียบเทียบกับสารละลายภายนอก

เบิร์นสไตน์แนะนำว่าในขณะที่กระตุ้นเส้นใยประสาท การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจะเกิดขึ้นในเยื่อหุ้มพื้นผิว รูขุมขนของมันดูเหมือนจะเพิ่มขึ้น และไอออนทั้งหมดจะซึมผ่านได้ ในกรณีนี้ ความต่างที่อาจเกิดขึ้นจะหายไปตามธรรมชาติ ทำให้เกิดสัญญาณประสาท

ทฤษฎีเมมเบรนของเบิร์นสไตน์ได้รับการยอมรับอย่างรวดเร็วและดำรงอยู่มานานกว่า 40 ปี จนถึงกลางศตวรรษของเรา

แต่เมื่อถึงปลายทศวรรษที่ 30 ทฤษฎีของเบิร์นสไตน์ก็พบกับความขัดแย้งที่ผ่านไม่ได้ มันถูกจัดการอย่างรุนแรงในปี 1939 โดยการทดลองอันละเอียดอ่อนของ Hodgkin และ Huxley นักวิทยาศาสตร์เหล่านี้เป็นคนแรกที่วัดค่าสัมบูรณ์ของศักยภาพของเมมเบรนของเส้นใยประสาทที่อยู่นิ่งและระหว่างการกระตุ้น ปรากฎว่าเมื่อกระตุ้น ศักยภาพของเมมเบรนไม่เพียงลดลงเหลือศูนย์ แต่ยังข้ามศูนย์ไปหลายสิบมิลลิโวลต์ นั่นคือส่วนด้านในของเส้นใยเปลี่ยนจากลบเป็นบวก

แต่การโค่นล้มทฤษฎีหนึ่งยังไม่เพียงพอ เราต้องแทนที่ด้วยทฤษฎีอื่น: วิทยาศาสตร์ไม่ยอมให้มีสุญญากาศ และข้อเสนอของ Hodgkin, Huxley, Katz ในปี 1949-1953 ทฤษฎีใหม่- เรียกว่าโซเดียม

ที่นี่ผู้อ่านมีสิทธิ์ที่จะแปลกใจ: จนถึงขณะนี้ยังไม่มีการพูดถึงโซเดียม นั่นคือประเด็นทั้งหมด นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบด้วยความช่วยเหลือของอะตอมที่มีป้ายกำกับว่าไม่เพียงแต่โพแทสเซียมไอออนและแอนไอออนเท่านั้นที่เกี่ยวข้องกับการส่งกระแสประสาท แต่ยังรวมถึงไอออนของโซเดียมและคลอรีนด้วย

มีโซเดียมและคลอรีนไอออนในร่างกายเพียงพอ ทุกคนรู้ดีว่าเลือดมีรสเค็ม นอกจากนี้ ของเหลวระหว่างเซลล์ยังมีโซเดียมมากกว่าภายในเส้นใยประสาทถึง 5-10 เท่า

สิ่งนี้อาจหมายถึงอะไร? นักวิทยาศาสตร์แนะนำว่าเมื่อถูกกระตุ้นในช่วงแรกการซึมผ่านของเมมเบรนกับโซเดียมจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเท่านั้น ความสามารถในการซึมผ่านจะมากกว่าโพแทสเซียมไอออนหลายสิบเท่า และเนื่องจากมีโซเดียมภายนอกมากกว่าภายในถึง 5-10 เท่า จึงมีแนวโน้มที่จะเข้าสู่เส้นใยประสาท จากนั้นด้านในของเส้นใยจะกลายเป็นค่าบวก

และหลังจากนั้นครู่หนึ่ง - หลังจากการกระตุ้น - ความสมดุลกลับคืนมา: เมมเบรนเริ่มปล่อยให้โพแทสเซียมไอออนผ่านไป และพวกเขาก็ออกไปข้างนอก ดังนั้นพวกมันจึงชดเชยประจุบวกที่โซเดียมไอออนนำเข้าสู่เส้นใย

ไม่ใช่เรื่องง่ายเลยที่จะมีแนวคิดเช่นนี้ และนี่คือเหตุผล: เส้นผ่านศูนย์กลางของโซเดียมไอออนในสารละลายมีขนาดใหญ่กว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของโพแทสเซียมและคลอรีนไอออนถึงหนึ่งเท่าครึ่ง และยังไม่ชัดเจนว่าไอออนขนาดใหญ่ผ่านไปได้อย่างไร โดยที่ไอออนขนาดเล็กผ่านไม่ได้

จำเป็นต้องเปลี่ยนมุมมองเกี่ยวกับกลไกการเปลี่ยนไอออนผ่านเยื่อหุ้มเซลล์อย่างรุนแรง เห็นได้ชัดว่าการให้เหตุผลเกี่ยวกับรูขุมขนในเมมเบรนเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอ จากนั้นแนวคิดก็ถูกหยิบยกขึ้นมาว่าไอออนสามารถข้ามเมมเบรนในลักษณะที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงด้วยความช่วยเหลือจากพันธมิตรลับในขณะนี้ - โมเลกุลพาหะอินทรีย์พิเศษที่ซ่อนอยู่ในเมมเบรนนั่นเอง ด้วยความช่วยเหลือของโมเลกุลดังกล่าว ไอออนสามารถผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้ทุกที่ ไม่ใช่แค่ผ่านรูขุมขนเท่านั้น ยิ่งไปกว่านั้น โมเลกุลของแท็กซี่เหล่านี้แยกแยะผู้โดยสารได้ดี พวกมันไม่สับสนระหว่างโซเดียมไอออนกับโพแทสเซียมไอออน

จากนั้นภาพรวมของการแพร่กระจายของแรงกระตุ้นเส้นประสาทจะเป็นดังนี้ ในช่วงเวลาที่เหลือ โมเลกุลพาหะซึ่งมีประจุลบ จะถูกกดไปที่ขอบเขตด้านนอกของเมมเบรนโดยศักย์ของเมมเบรน ดังนั้นความสามารถในการซึมผ่านของโซเดียมจึงน้อยมาก: น้อยกว่าโพแทสเซียมไอออน 10-20 เท่า โพแทสเซียมสามารถผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ผ่านรูขุมขนได้ เมื่อคลื่นกระตุ้นเข้าใกล้ ความดันจะลดลง สนามไฟฟ้าบนโมเลกุลพาหะ พวกเขาสลัด "ห่วง" ไฟฟ้าสถิตออกและเริ่มถ่ายโอนไอออนโซเดียมเข้าไปในเซลล์ ซึ่งจะช่วยลดศักยภาพของเมมเบรนอีกด้วย มีกระบวนการลูกโซ่ในการชาร์จเมมเบรน และกระบวนการนี้จะแพร่กระจายไปตามเส้นใยประสาทอย่างต่อเนื่อง

สิ่งที่น่าสนใจคือเส้นใยประสาทใช้เวลาเพียงประมาณ 15 นาทีต่อวันในการทำงานหลัก ซึ่งก็คือการนำกระแสประสาท อย่างไรก็ตาม เส้นใยก็พร้อมสำหรับสิ่งนี้ทุกวินาที: องค์ประกอบทั้งหมดของเส้นใยประสาททำงานโดยไม่หยุดชะงัก - ตลอด 24 ชั่วโมง เส้นใยประสาทในแง่นี้มีความคล้ายคลึงกับเครื่องบินสกัดกั้น ซึ่งมีมอเตอร์ทำงานอย่างต่อเนื่องเพื่อออกเดินทางทันที แต่การออกเดินทางนั้นจะเกิดขึ้นได้ทุกๆ สองสามเดือนเท่านั้น

ตอนนี้เราคุ้นเคยกับครึ่งแรกของการกระทำลึกลับในการส่งกระแสประสาทไปตามเส้นใยเดียวแล้ว การกระตุ้นถูกส่งจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์ผ่านทางแยก - ไซแนปส์อย่างไร? คำถามนี้ได้รับการตรวจสอบในการทดลองอันชาญฉลาดของครั้งที่สาม ผู้ได้รับรางวัลโนเบล, จอห์น เอ็กเคิลส์.

การกระตุ้นไม่สามารถถ่ายโอนโดยตรงจากปลายประสาทของเซลล์หนึ่งไปยังร่างกายหรือเดนไดรต์ของเซลล์อื่นได้ กระแสเกือบทั้งหมดไหลผ่านรอยแยกไซแนปส์เข้าไปในของเหลวด้านนอก และกระแสเพียงเล็กน้อยจะเข้าสู่เซลล์ข้างเคียงผ่านทางไซแนปส์ ซึ่งไม่สามารถทำให้เกิดการกระตุ้นได้ ดังนั้นในพื้นที่ของไซแนปส์ ความต่อเนื่องทางไฟฟ้าในการแพร่กระจายของแรงกระตุ้นเส้นประสาทจึงหยุดชะงัก ที่นี่ที่ทางแยกของสองเซลล์กลไกที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงมีผลใช้บังคับ

เมื่อการกระตุ้นเข้าใกล้จุดสิ้นสุดของเซลล์ซึ่งเป็นตำแหน่งของไซแนปส์ พวกมันจะถูกปล่อยทางสรีรวิทยาออกสู่ของเหลวระหว่างเซลล์ สารออกฤทธิ์- คนกลางหรือคนกลาง พวกมันกลายเป็นลิงค์ในการถ่ายโอนข้อมูลจากเซลล์หนึ่งไปอีกเซลล์หนึ่ง ผู้ไกล่เกลี่ยทำปฏิกิริยาทางเคมีกับเซลล์ประสาทที่สอง เปลี่ยนการซึมผ่านของไอออนิกของเมมเบรน - ราวกับว่าเจาะรูที่มีไอออนจำนวนมากพุ่งเข้ามารวมถึงโซเดียมไอออนด้วย

ดังนั้นด้วยการทำงานของ Hodgkin, Huxley และ Eccles ทำให้สถานะที่สำคัญที่สุดของเซลล์ประสาท - การกระตุ้นและการยับยั้ง - สามารถอธิบายได้ในแง่ของกระบวนการไอออนิกในแง่ของการจัดเรียงโครงสร้างและทางเคมีใหม่ของเยื่อหุ้มพื้นผิว จากผลงานเหล่านี้ เป็นไปได้ที่จะตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับกลไกที่เป็นไปได้ของความจำระยะสั้นและระยะยาว และเกี่ยวกับคุณสมบัติทางพลาสติกของเนื้อเยื่อประสาท อย่างไรก็ตาม นี่คือการสนทนาเกี่ยวกับกลไกภายในเซลล์ตั้งแต่หนึ่งเซลล์ขึ้นไป นี่เป็นเพียง ABC ของสมอง เห็นได้ชัดว่าขั้นตอนต่อไปที่อาจยากกว่ามากคือการค้นพบกฎที่ใช้สร้างกิจกรรมประสานงานของเซลล์ประสาทนับพันเซลล์ การจดจำภาษาที่ศูนย์ประสาทพูดกันเอง

จากความรู้เรื่องการทำงานของสมอง ตอนนี้เราอยู่ในระดับเด็กที่ได้เรียนรู้ตัวอักษรแต่ไม่รู้ว่าจะเชื่อมโยงมันออกมาเป็นคำพูดได้อย่างไร อย่างไรก็ตาม เวลานั้นอยู่ไม่ไกลนักเมื่อนักวิทยาศาสตร์ใช้รหัส - การกระทำทางชีวเคมีเบื้องต้นเกิดขึ้น เซลล์ประสาทจะอ่านบทสนทนาที่น่าหลงใหลที่สุดระหว่าง ศูนย์ประสาทสมอง

คำอธิบายโดยละเอียดของภาพประกอบ

ความคิดของนักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับกลไกการส่งกระแสประสาทมีการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญเมื่อเร็วๆ นี้ จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ มุมมองของเบิร์นสไตน์ครอบงำวิทยาศาสตร์ ในความเห็นของเขา ในสภาวะพัก (1) เส้นใยประสาทจะมีประจุบวกจากด้านนอกและประจุลบจากด้านใน สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่ามีเพียงโพแทสเซียมไอออนที่มีประจุบวก (K +) เท่านั้นที่สามารถผ่านรูขุมขนในผนังไฟเบอร์ได้ แอนไอออนที่มีประจุลบขนาดใหญ่ (A –) ถูกบังคับให้อยู่ภายในและสร้างประจุลบส่วนเกิน การกระตุ้น (3) ตามคำกล่าวของเบิร์นสไตน์จะลดลงจนกระทั่งความต่างศักย์หายไป ซึ่งเกิดจากการที่ขนาดรูพรุนเพิ่มขึ้น แอนไอออนจะออกมาและทำให้สมดุลของไอออนิกเท่ากัน จำนวนไอออนบวกจะเท่ากับจำนวนไอออนลบ คน ผลงานของ A. Hodgkin, E. Huxley และ D. Eccles ผู้ได้รับรางวัลโนเบลในปี 1963 ได้เปลี่ยนแปลงแนวคิดเดิมของเรา ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าไอออนโซเดียมเชิงบวก (Na +) ไอออนคลอรีนเชิงลบ (Cl –) และโมเลกุลพาหะที่มีประจุลบก็มีส่วนเกี่ยวข้องในการกระตุ้นประสาทเช่นกัน สถานะพัก (3) ถูกสร้างขึ้นตามหลักการในลักษณะเดียวกับที่คิดไว้ก่อนหน้านี้: ไอออนบวกส่วนเกินอยู่นอกเส้นใยประสาทและมีไอออนลบมากเกินไปอยู่ข้างใน อย่างไรก็ตาม เป็นที่ยอมรับกันว่าเมื่อถูกกระตุ้น (4) มันไม่ใช่การทำให้ประจุเกิดขึ้นเท่ากัน แต่เป็นการชาร์จใหม่: ไอออนลบส่วนเกินจะเกิดขึ้นภายนอก และไอออนบวกส่วนเกินจะเกิดขึ้นภายใน สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าเมื่อตื่นเต้น โมเลกุลของพาหะจะเริ่มส่งไอออนโซเดียมบวกผ่านผนัง ดังนั้นแรงกระตุ้นเส้นประสาท (5) จึงเป็นการชาร์จประจุไฟฟ้าสองชั้นที่เคลื่อนที่ไปตามเส้นใย และจากเซลล์หนึ่งไปอีกเซลล์หนึ่ง การกระตุ้นจะถูกส่งโดยสารเคมีชนิดหนึ่ง "ตัวทุบตี" (6) - โมเลกุลอะซิติลโคลีนซึ่งช่วยให้ไอออนทะลุผนังของเส้นใยประสาทที่อยู่ใกล้เคียง