Генерация и кодирование рецепторного потенциала

Трансдукция в любом сенсорном рецепторе вызывает градуированное изменение мембранного потенциала — рецепторный или генераторный потенциал, — величина которого отражает силу стимула. Чтобы передать эту информацию на большие расстояния, градуированный сигнал должен быть преобразован в потенциалы действия по принципу «все или ничего». Эта тема охватывает то, как генерируется рецепторный потенциал и как интенсивность, время и качество стимула кодируются в результирующем нервном сигнале.

Definition

Рецепторный (генераторный) потенциал — это градуированная деполяризация или гиперполяризация, возникающая при трансдукции стимула; кодирование — это процесс, посредством которого этот градуированный сигнал преобразуется и представляется последовательностями потенциалов действия, частота и время которых несут информацию о стимуле.

Scope

Статья охватывает рецепторный (генераторный) потенциал как общий результат трансдукции, связь между интенсивностью стимула и амплитудой рецепторного потенциала, преобразование градуированного потенциала в последовательности потенциалов действия в зоне инициации спайков, а также принципы кодирования интенсивности, временного кодирования и кодирования по принципу «меченых линий». Это справочная тема по сенсорной физиологии, не содержащая клинических рекомендаций.

Core questions

• Как генерируется рецепторный потенциал из трансдуцированного стимула?
• Как амплитуда рецепторного потенциала связана с интенсивностью стимула?
• Как градуированный потенциал преобразуется в потенциалы действия?
• Как интенсивность, время и качество представлены в нервном сигнале?

Key concepts

• Рецепторный (генераторный) потенциал
• Градуированные сигналы против сигналов «все или ничего»
• Связь стимул-реакция (интенсивность)
• Зона инициации (запуска) спайков
• Частотное (скоростное) кодирование интенсивности
• Временное кодирование
• Кодирование модальности и качества по принципу «меченых линий»

Mechanisms

Трансдукция открывает или закрывает ионные каналы и производит градуированный рецепторный потенциал, амплитуда которого увеличивается с интенсивностью стимула, часто примерно логарифмически в большей части диапазона. Ловенштейн и Раткамп показали в тельце Пачини, что этот генераторный потенциал возникает в сенсорном нервном окончании и что, как только он достигает порогового значения в зоне инициации спайков, он запускает потенциалы действия в афферентном аксоне. Поскольку потенциалы действия подчиняются принципу «все или ничего», интенсивность стимула в значительной степени представлена их частотой: более сильные стимулы вызывают большие рецепторные потенциалы и более высокие частоты разрядов. Адриан и Зоттерман продемонстрировали этот частотный код, регистрируя активность одного сенсорного концевого органа и показывая, что частота импульсов возрастает с силой стимула. Помимо интенсивности, точное время импульсов может нести временную информацию, а качество и модальность стимула сигнализируются отчасти тем, какой специализированный путь активен (кодирование по принципу «меченых линий»).

Clinical relevance

Принципы генерации рецепторного потенциала и нейронного кодирования лежат в основе того, как сенсорная информация достигает мозга, и лежат в основе интерпретации сенсорного тестирования и разработки сенсорных протезов. Эта статья описывает нормальные механизмы для образовательных целей и не является основой для диагностики или лечения.

Evidence & guidelines

Описание основано на классической электрофизиологии отдельных сенсорных рецепторов, включая генераторный потенциал тельца Пачини и частотное кодирование в сенсорных афферентах. Это скорее механистические данные, чем клинические рекомендации, и никакие рекомендации по лечению не подразумеваются.

History

Записи Адриана и Зоттермана 1920-х годов, сделанные с отдельных сенсорных концевых органов, установили, что сенсорные нервы сигнализируют об интенсивности стимула частотой импульсов по принципу «все или ничего» — открытие, центральное для работы Адриана по нервной системе, отмеченной Нобелевской премией. Ловенштейн и Раткамп позже локализовали генераторный потенциал в нервном окончании тельца Пачини и показали, как он порождает распространяющиеся потенциалы действия, связывая градуированный трансдукционный сигнал с закодированным выходом и консолидируя современное представление о сенсорном кодировании.

Key figures

• Edgar Adrian
• Yngve Zotterman
• Werner Loewenstein

Seminal works

• adrian-zotterman-1926
• loewenstein-1958

Frequently asked questions

В чем разница между рецепторным потенциалом и потенциалом действия?

Рецепторный (генераторный) потенциал — это градуированное изменение мембранного потенциала, величина которого отражает силу стимула и которое распространяется пассивно; потенциал действия — это импульс по принципу «все или ничего», который распространяется без затухания и запускается, когда рецепторный потенциал достигает порогового значения.

Как интенсивность стимула представлена в нервной системе?

В основном частотой разрядов: более сильный стимул вызывает больший рецепторный потенциал и более высокую частоту потенциалов действия в сенсорном афференте — связь, впервые продемонстрированная при регистрации активности отдельных сенсорных концевых органов.