Điện thế sau khớp thần kinh hưng phấn và ức chế và sự tích hợp

Một neuron hiếm khi phát xung từ một tín hiệu đầu vào duy nhất; thay vào đó, nó liên tục cân nhắc nhiều tín hiệu khớp thần kinh. Các tín hiệu hưng phấn khử cực màng hướng tới ngưỡng, tạo ra các điện thế sau khớp thần kinh hưng phấn (EPSP), trong khi các tín hiệu ức chế làm tăng phân cực màng hoặc giữ nó gần trạng thái nghỉ, tạo ra các điện thế sau khớp thần kinh ức chế (IPSP). Tích hợp khớp thần kinh là quá trình mà các tín hiệu đối lập này được tổng hợp trong không gian và thời gian để quyết định xem neuron có phát xung hay không.

Definition

Tích hợp khớp thần kinh là sự tổng hợp không gian và thời gian của các điện thế sau khớp thần kinh hưng phấn (khử cực) và các điện thế sau khớp thần kinh ức chế (tăng phân cực hoặc làm giảm điện thế) bởi một neuron sau khớp thần kinh, mà điện thế màng ròng tại vùng kích hoạt của nó quyết định liệu một điện thế hoạt động có được tạo ra hay không.

Scope

Chủ đề này bao gồm EPSP và IPSP, cơ sở ion của sự hưng phấn và ức chế, tổng hợp không gian và thời gian, và vai trò của sự cân bằng giữa hưng phấn và ức chế trong việc định hình đầu ra của neuron. Nó được trình bày dưới góc độ sinh lý học và không cung cấp hướng dẫn quản lý lâm sàng.

Core questions

• Những sự kiện ion nào tạo ra EPSP so với IPSP?
• Một neuron tổng hợp các tín hiệu đầu vào trên các sợi nhánh của nó và theo thời gian như thế nào?
• Sự khác biệt giữa ức chế tăng phân cực và ức chế làm giảm điện thế là gì?
• Tại sao sự cân bằng giữa hưng phấn và ức chế lại quan trọng đối với đầu ra?

Key concepts

• Điện thế sau khớp thần kinh hưng phấn (EPSP)
• Điện thế sau khớp thần kinh ức chế (IPSP)
• Điện thế đảo chiều và lực đẩy
• Tổng hợp không gian
• Tổng hợp thời gian
• Ức chế làm giảm điện thế
• Ức chế pha và trương lực
• Vùng kích hoạt và ngưỡng phát xung

Key theories

Tổng hợp không gian và thời gian

Các điện thế sau khớp thần kinh cộng lại khi chúng chồng lấn trong không gian (các tín hiệu đầu vào ở các vị trí khác nhau) hoặc trong thời gian (các tín hiệu đầu vào liên tiếp nhanh); liệu neuron có đạt đến ngưỡng hay không phụ thuộc vào sự khử cực tổng hợp tại vùng kích hoạt.

Cân bằng hưng phấn-ức chế

Sự phát xung của neuron phản ánh trọng lượng tương đối của lực hưng phấn và ức chế, với sự ức chế pha và trương lực thiết lập độ khuếch đại và thời gian của phản ứng.

Mechanisms

Các chất dẫn truyền hưng phấn mở các kênh thấm cation làm khử cực màng, tạo ra EPSP, trong khi các chất dẫn truyền ức chế như GABA và glycine mở các kênh thấm chloride hoặc kali giữ màng gần hoặc dưới trạng thái nghỉ, tạo ra IPSP; sự ức chế cũng có thể hoạt động bằng cách làm giảm điện thế (shunting), làm giảm điện trở màng để các dòng điện hưng phấn tạo ra ít sự khử cực hơn. Các điện thế riêng lẻ được phân cấp và giảm dần, vì vậy neuron tổng hợp chúng theo không gian trên cây dendrite của nó và theo thời gian khi chúng đến gần nhau. Điện thế tổng hợp được đọc tại vùng kích hoạt, và một điện thế hoạt động chỉ được tạo ra nếu sự khử cực ròng đạt đến ngưỡng; do đó, sự cân bằng từng khoảnh khắc giữa hưng phấn và ức chế quyết định đầu ra của tế bào.

Clinical relevance

Sự mất cân bằng giữa hưng phấn và ức chế là một chủ đề lặp đi lặp lại trong các tình trạng thần kinh như động kinh, nơi sự hưng phấn quá mức hoặc ức chế không đủ có thể thúc đẩy sự phát xung bất thường, và nhiều loại thuốc hoạt động bằng cách tăng cường hoặc giảm dẫn truyền ức chế. Mục này mô tả sinh lý học tích hợp bình thường và được dùng làm kiến thức nền tảng hơn là hướng dẫn chẩn đoán hoặc điều trị.

History

Ghi điện thế nội bào từ các neuron vận động bởi John Eccles và các đồng nghiệp vào những năm 1950 đã tiết lộ EPSP và IPSP cũng như cơ sở ion của sự hưng phấn và ức chế khớp thần kinh, công trình được công nhận bằng giải Nobel. Các công trình sau này đã mô tả các chế độ ức chế pha và trương lực riêng biệt và tinh chỉnh sự hiểu biết về cách tổng hợp điều chỉnh đầu ra của neuron.

Key figures

• John Eccles
• Mark Farrant
• Zoltan Nusser

Seminal works

• eccles-1964
• farrant-nusser-2005

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa EPSP và IPSP là gì?

EPSP là một điện thế khử cực làm dịch chuyển màng hướng tới ngưỡng phát xung, trong khi IPSP là một điện thế tăng phân cực hoặc ổn định làm dịch chuyển nó ra xa ngưỡng; đầu ra của neuron phụ thuộc vào tổng của cả hai.

Ức chế làm giảm điện thế là gì?

Đó là sự ức chế hoạt động bằng cách mở các kênh làm tăng độ dẫn điện của màng, để các dòng điện hưng phấn đến tạo ra sự thay đổi điện áp nhỏ hơn, làm giảm sự hưng phấn ngay cả khi không làm tăng phân cực mạnh tế bào.