Преработка на информацията в неврона

Невроните генерират два типа електрични отговори – бавни (рецепторни потенциали и постсинаптични потенциали) и бързи (акционни потенциали). В нервната система се извършва многократно преход от единия към другия тип активност.

Посредством синапсите нервната клетка получава информация от много други неврони. Невронът сумира и обработва тази информация и след това изпраща преработената информация към други нервни клетки. Механизмите на преработка на информацията, които осигуряват надежност на процеса и предотвратяват загубите, са три – честотно кодиране, амплитудно кодиране и трансформация на информацията.

Рецепторните и постсинаптичните (бавни) потенциали подлежат на амплитудно кодиране, тоест тяхната амплитуда нараства с увеличаване на интензитета на дразнителя или на количеството отделен медиатор. Ако към мембраната на аксона се приложи действието на няколко дразнителя с различен интензитет, честотата на възникващите акционни потенциали ще нараства всеки път при повишаване на интензитета на дразнителя. Това е честотно кодиране. При прехода от амплитудно към честотно кодиране потенциала с по-голяма амплитуда води до възникване на акционни потенциали с висока честота. По този начин, въпреки съществуването на различни начини за кодиране на информацията в неврона, смисълът и съдържанието и се запазват. Трансформацията на информацията в неврона от амплитудно към честотно кодиране при двигателните и междинните неврони се осъществява в областта на аксонното хълмче (мястото, където аксонът напуска сомата). Аксонното хълмче е особено чувствителна област, тъй като е снабдена с най-голямо количество потенциал-зависими йонни канали. При сетивните неврони трансформацията на информацията обикновено става в областта на първото прищъпване на Ранвие в периферния край на аксона.

Амплитудно кодиране

Известно е, че когато се подразни даден рецептор, той се възбужда. Когато рецепторите се възбуждат, те обикновено се деполяризират. Амплитудата на деполяризацията зависи от силата на дразненето – при по-силно дразнене рецепторът се възбужда по-силно и деполяризацията има по-голяма амплитуда. Това означава, че амплитудата на деполяризацията отразява силата на възбуждението на рецептора.

Подобно е положението при постсинаптичните мембрани на невроните. Дразнители на невроните са медиаторите, които се секретират от пресинаптичните разширения на възбудните синапси. Колкото повече медиатор се секретира във възбудните синапси, толкова по-силно се възбужда невронът и толкова по-голяма е амплитудата на неговата деполяризация.

Следователно, при рецепторните мембрани и при постсинаптичните мембрани на неврона силата на възбуждението се изразява (се кодира) чрез амплитудата на деполяризацията на тези мембрани – голямата амплитуда означава силно възбуждение. Този вид кодиране на информацията за силата на възбуждението се нарича амплитудно кодиране. Тъй като постсинаптичните мембрани и мембраните на рецепторите са електроневъзбудими, амплитудното кодиране е характерно за електро-невъзбудимите мембрани.

Честотно кодиране

Всеки неврон изпраща до другите неврони информация за силата на своето възбуждение. Тази информация се предава обикновено по неговия аксон и в повечето случаи тя трябва да достигне до доста отдалечени нервни клетки. Предаването на информацията на голямо разстояние (от няколко сантиметра до над 1 m) не може да се извърши ако информацията е кодирана амплитудно. При пасивното (електротоничното) провеждане на деполяризацията нейната амплитуда силно намалява при отдалечаване от постсинаптичната мембрана. Амплитудно кодираната информация може да се провежда на съвсем къси разстояния (например от постсинаптичните мембрани на дендритите до аксонното хълмче). Ето защо за предаване на информацията на големи разстояния се използват акционните потенциали. Акционните потенциали могат да се провеждат на голямо разстояние без намаляване на амплитудата им.

Всички акционни потенциали, които генерира и провежда един аксон са еднакви - те имат винаги една и съща амплитуда и еднаква продължителност. Независимо от това дали даден неврон е слабо възбуден или е силно възбуден, неговият аксон провежда едни и същи акционни потенциали. В такъв случай възниква въпросът как тези еднотипни и непроменливи акционни потенциали носят информация за силата на възбуждението на неврона.

Когато информацията за силата на възбуждението се предава чрез акционни потенциали, тя се кодира (изразява) чрез честотата на серията от акционни потенциали, които началният сегмент на аксона генерира – голямата честота означава силно възбуждение. Изразяването на информацията за силата на възбуждението посредством честотата на акционни потенциали се нарича честотно кодиране. Тъй като акционни потенциали могат да генерират само електро-възбудимите мембрани, казваме, че честотното кодиране е характерно за електро-възбудимите мембрани

Трансформация на информацията

Когато информацията за силата на възбуждението се провежда по верига от синаптично свързани неврони, тя непрекъснато се трансформира (прекодира) от амплитуден код в честотен код и обратно, тоест осъществява се трансформация на информацията. Аксонното (аксоналното) хълмче трансформира информацията от амплитуден в честотен код. Това означава, че при силна деполяризация на неврона началният сегмент на аксона генерира серия от акционни потенциали с висока честота. Тези акционни потенциали се провеждат по аксона и достигат до пресинаптичните разширения. В химичните синапси се извършва прекодиране от честотен в амплитуден код, при което информацията се запазва – посредством временна сумация високата честота на акционни потенциали причинява голяма амплитуда на сумарния възбуждащ постсинаптичен потенциал в следващия неврон. След това сумарният възбуждащ постсинаптичен потенциал се провежда електротонично до аксонното хълмче на този неврон, където тя отново се трансформира от амплитуден в честотен код и т. н.

Когато честотно кодираната информация се провежда от началния сегмент на аксона до пресинаптичните разширения тя не подлежи на обработка. Обработва се само амплитудно кодираната информация. Тази обработка представлява временна и пространствена сумация на постсинаптичните потенциали, която се осъществява в дендритите и главно в сомата на неврона. Ето защо синапсите трансформират информацията в удобен за обработка вид, а аксонното хълмче трансформира информацията в удобен за провеждане вид.

Заглавно изображение: freepik.com