Kereta atau rangkaian potensial aksi ( spike train dalam bahasa Inggris) adalah urutan register sementara di mana neuron menembakkan sinyal listrik atau impuls saraf. Bentuk komunikasi khusus antara neuron ini merupakan objek yang menarik dan dipelajari oleh komunitas ilmu saraf, meskipun masih banyak jawaban untuk dijawab.
Pada artikel ini, kita akan melihat apa rangkaian potensial aksi ini, apa durasi dan strukturnya, terdiri dari apa konsep pengkodean saraf, dan keadaan penelitian saat ini di bidang ini.
- Artikel terkait: ” Jenis neuron: karakteristik dan fungsi “
Apa yang dimaksud dengan rangkaian potensial aksi?
Untuk memahami apa itu rangkaian potensial aksi, pertama-tama mari kita lihat apa yang terdiri dari potensial aksi.
Otak kita mengandung sekitar seratus miliar neuron yang terus-menerus mengeluarkan sinyal untuk berkomunikasi satu sama lain. Sinyal-sinyal ini bersifat elektrokimia dan berjalan dari badan sel satu neuron, melalui akson atau neuritnya, ke neuron berikutnya.
Masing-masing sinyal atau impuls listrik ini dikenal sebagai potensial aksi. Potensial aksi dihasilkan sebagai respons terhadap rangsangan atau secara spontan, dengan masing – masing pemicu biasanya berlangsung 1 milidetik.
Rangkaian potensial aksi hanyalah kombinasi urutan tembakan dan tidak ada tembakan. Untuk lebih dipahami: bayangkan urutan digital nol dan satu, seperti dalam sistem biner; kita akan menetapkan 1 untuk pemicu dan 0 untuk non-pemicu. Dalam hal ini, rangkaian potensial aksi dapat dikodekan sebagai urutan numerik, seperti: 00111100. Dua nol pertama akan mewakili waktu latensi antara presentasi stimulus dan pemicu atau potensial aksi pertama.
Rangkaian potensial aksi dapat dibangkitkan melalui rangsangan sensorik langsung yang berasal dari penglihatan, sentuhan, suara, atau penciuman; dan mereka juga dapat diinduksi oleh rangsangan abstrak yang dipicu oleh penggunaan proses kognitif seperti memori (dengan membangkitkan ingatan, misalnya).
- Anda mungkin tertarik: ” Potensi tindakan: apa itu dan apa fasenya? “
Durasi dan struktur
Durasi dan struktur rangkaian potensial aksi umumnya bergantung pada intensitas dan durasi stimulus. Jenis potensial aksi ini biasanya bertahan dan tetap “aktif” selama stimulus ada.
Namun, beberapa neuron memiliki sifat listrik khusus yang menyebabkan mereka menghasilkan respons berkelanjutan terhadap stimulus yang sangat singkat. Pada jenis neuron ini, rangsangan dengan intensitas yang lebih besar cenderung memicu rangkaian potensial aksi yang lebih panjang.
Ketika potensial aksi direkam berulang kali dari neuron sebagai respons terhadap perubahan rangsangan (atau ketika suatu organisme menghasilkan perilaku yang berbeda), mereka biasanya mempertahankan bentuk yang relatif stabil. Namun, pola penembakan setiap rangkaian potensial aksi bervariasi seiring perubahan stimulus; Umumnya, kecepatan di mana tembakan dihasilkan (laju tembakan) berubah tergantung pada kondisi yang berbeda.
Pengkodean saraf
Kereta potensial aksi telah dan terus menarik bagi komunitas ilmu saraf, mengingat kekhasannya. Banyak peneliti mencoba mencari tahu dalam studi mereka informasi macam apa yang dikodekan oleh potensial aksi ini dan bagaimana neuron dapat memecahkan kodenya.
Pengkodean saraf adalah bidang ilmu saraf yang mempelajari bagaimana informasi sensorik direpresentasikan di otak kita melalui jaringan saraf. Para peneliti sering mengalami kesulitan besar dalam mencoba menguraikan rangkaian potensial aksi.
Sulit untuk memikirkan rangkaian potensial aksi sebagai perangkat keluaran biner murni. Neuron memiliki ambang aktivasi minimum dan menyala hanya jika intensitas stimulus di atas ambang itu. Jika stimulus konstan disajikan, rangkaian potensial aksi akan dihasilkan. Namun, ambang pemicu akan meningkat seiring waktu.
Yang terakhir, yang disebut adaptasi sensorik, adalah hasil dari proses seperti desensitisasi sinaptik, penurunan respons terhadap stimulus konstan yang dihasilkan di sinaps (hubungan kimia antara dua neuron).
Hasil ini akan menyebabkan pengurangan pemicu yang terkait dengan stimulus, yang pada akhirnya akan turun menjadi nol. Proses ini membantu otak untuk tidak dibebani dengan informasi dari lingkungan yang tetap tidak berubah. Misalnya, ketika setelah beberapa saat kita berhenti mencium aroma parfum yang telah kita aplikasikan atau ketika kita beradaptasi dengan suara latar yang awalnya mengganggu kita.
Penelitian terbaru
Seperti yang telah kita ketahui, neuron berkomunikasi melalui pembangkitan potensial aksi, yang dapat menyebar dari satu neuron (emitor atau prasinaptik) ke yang lain (reseptor atau pascasinaps) melalui sinaps. Jadi, ketika neuron prasinaps menghasilkan potensial aksi, neuron pascasinaps dapat menerimanya dan menghasilkan respons yang, pada akhirnya, dapat menghasilkan potensial aksi baru, dalam hal ini pascasinaps.
Urutan atau rangkaian potensial aksi prasinaptik yang berbeda umumnya menghasilkan rantai potensial aksi pascasinaptik yang berbeda. Itulah sebabnya komunitas ilmu saraf percaya bahwa ada “kode saraf” yang terkait dengan temporalitas potensial aksi ; yaitu, neuron yang sama dapat menggunakan beberapa rangkaian potensial aksi yang berbeda untuk mengkodekan jenis informasi yang berbeda.
Di sisi lain, aktivitas listrik neuron biasanya tentu saja bervariasi, dan jarang sepenuhnya ditentukan oleh stimulus. Dihadapkan dengan pengulangan berturut-turut dari stimulus yang sama, neuron akan merespons setiap kali dengan rantai potensial aksi yang berbeda. Sejauh ini, para peneliti belum dapat mengkarakterisasi respons neuron terhadap rangsangan, juga belum dapat menentukan dengan jelas bagaimana informasi dikodekan.
Apa yang selama ini dipikirkan adalah bahwa semua informasi yang disimpan dalam rangkaian potensial aksi dikodekan dalam frekuensinya; yaitu, dalam jumlah potensial aksi yang dihasilkan per satuan waktu. Namun dalam beberapa tahun terakhir, kemungkinan bahwa momen yang tepat di mana setiap potensial aksi terjadi mungkin mengandung informasi penting dan bahkan “tanda saraf” sedang diselidiki ; yaitu, semacam pola temporal yang memungkinkan neuron pemancar diidentifikasi.
Penelitian terbaru menunjukkan desain metode baru yang memungkinkan karakterisasi rantai potensial aksi berdasarkan waktu dari masing-masing potensial aksinya. Dengan penerapan prosedur ini, dimungkinkan untuk menyelaraskan urutan yang berbeda dan menentukan potensial aksi mana yang ekivalen di masing-masing rantai. Dan dengan informasi itu, distribusi statistik yang diikuti oleh setiap potensial aksi dalam “kereta ideal” hipotetis dapat dihitung.
Rangkaian potensial aksi yang ideal itu akan mewakili pola umum, di mana masing-masing rangkaian sebenarnya hanya merupakan realisasi konkret. Setelah dikarakterisasi, adalah mungkin untuk mengetahui apakah rantai potensial aksi baru dapat sesuai dengan distribusi atau tidak, dan oleh karena itu, untuk mengetahui apakah itu mengkodekan informasi yang sama. Konsep kereta ideal ini dapat memiliki implikasi yang menarik untuk studi dan interpretasi kode saraf, serta untuk memperkuat teori tanda tangan saraf.
Referensi bibliografi:
- Kuat, SP, Koberle, R., oleh Ruyter van Steveninck. RR, Bialek, W. (1998). Entropi dan informasi dalam kereta lonjakan saraf. Phys Rev Lett; 80: hal. 197-200.