Потенциал действия: как нейрон передаёт сигнал

Потенциал действия это быстрая стереотипная волна деполяризации, бегущая по аксону нейрона. Она возникает, когда суммарный вход сдвигает мембранный потенциал до порога, и всегда имеет одну и ту же амплитуду. Нейрон не может выдать «слабый» или «сильный» импульс: сила сигнала кодируется тем, как часто импульсы следуют друг за другом.

Как он возникает

В покое мембрана нейрона поляризована: внутри клетки отрицательнее, чем снаружи, и эту разницу называют мембранным потенциалом покоя. Это неравновесное состояние держится за счёт энергии, и мозг в покое расходует около 20 % энергии тела.

Нейрон непрерывно складывает входы. Возбуждающие постсинаптические потенциалы приближают его к порогу, тормозные удаляют. Если сумма достигает порога, открываются натриевые каналы, ионы натрия входят в клетку, и мембрана на мгновение перезаряжается. Затем открываются калиевые каналы, и потенциал возвращается. Волна перезарядки бежит вдоль аксона к окончаниям.

Всё или ничего

Если порог не достигнут, импульса нет. Если достигнут, импульс полный, одной и той же амплитуды. Отсюда закон «всё или ничего». Сразу после импульса наступает рефрактерный период, когда новый импульс вызвать нельзя или трудно, поэтому волна не бежит назад.

Сила стимула передаётся частотой: слабое прикосновение даёт редкие импульсы, сильное частые. По волокнам в миелиновой оболочке импульс перескакивает между перехватами, и скорость проведения растёт в десятки раз. Это называют сальтаторным проведением.

Где ошибаются

Первая ошибка: считать, что нейрон просто «включён» или «выключен». Вычисление происходит до порога, при сложении тысяч возбуждающих и тормозных входов, и торможение здесь не выключение, а полноправная часть работы.

Вторая ошибка: думать, что мысль это отдельный импульс. Отдельный потенциал действия несёт очень мало информации. Всё, что мозг кодирует, записано в частоте, времени и сочетании импульсов множества нейронов.

Вопросы

Какие фазы у потенциала действия?

Деполяризация, когда натрий входит в клетку и мембрана перезаряжается, реполяризация, когда калий выходит и потенциал возвращается, и следовая гиперполяризация с рефрактерным периодом.

Что значит закон «всё или ничего»?

Импульс либо не возникает, если порог не достигнут, либо возникает полный, одной амплитуды. Слабее или сильнее он не бывает.

Как нейрон передаёт силу сигнала?

Частотой импульсов. Более сильный стимул вызывает более частые потенциалы действия, а не более крупные.