Sự hình thành và mã hóa điện thế thụ thể

Sự chuyển đổi ở bất kỳ thụ thể cảm giác nào cũng tạo ra một sự thay đổi có cấp độ trong điện thế màng — điện thế thụ thể hoặc điện thế tạo ra — với kích thước phản ánh cường độ kích thích. Để truyền thông tin đó đi xa, tín hiệu có cấp độ phải được chuyển đổi thành các điện thế hoạt động theo kiểu "tất cả hoặc không". Chủ đề này bao gồm cách điện thế thụ thể được tạo ra và cách cường độ, thời gian và chất lượng kích thích được mã hóa trong tín hiệu thần kinh kết quả.

Definition

Điện thế thụ thể (tạo ra) là sự khử cực hoặc siêu phân cực có cấp độ được tạo ra khi một kích thích được chuyển đổi; mã hóa là quá trình mà tín hiệu có cấp độ đó được chuyển đổi thành và được biểu diễn bằng các chuỗi điện thế hoạt động, với tần số và thời gian mang thông tin kích thích.

Scope

Mục này bao gồm điện thế thụ thể (tạo ra) như là đầu ra chung của quá trình chuyển đổi, mối quan hệ giữa cường độ kích thích và biên độ điện thế thụ thể, sự chuyển đổi điện thế có cấp độ thành chuỗi điện thế hoạt động tại vùng khởi phát xung, và các nguyên tắc mã hóa cường độ, thời gian và đường truyền chuyên biệt. Đây là một chủ đề tham khảo trong sinh lý học cảm giác và không cung cấp hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Điện thế thụ thể được tạo ra từ một kích thích đã được chuyển đổi như thế nào?
• Biên độ điện thế thụ thể liên quan đến cường độ kích thích như thế nào?
• Một điện thế có cấp độ được chuyển đổi thành các điện thế hoạt động như thế nào?
• Cường độ, thời gian và chất lượng được biểu thị trong tín hiệu thần kinh như thế nào?

Key concepts

• Điện thế thụ thể (tạo ra)
• Tín hiệu có cấp độ so với tín hiệu "tất cả hoặc không"
• Mối quan hệ kích thích-phản ứng (cường độ)
• Vùng khởi phát xung (kích hoạt)
• Mã hóa tần số (tốc độ) của cường độ
• Mã hóa thời gian
• Mã hóa đường truyền chuyên biệt của phương thức và chất lượng

Mechanisms

Sự chuyển đổi mở hoặc đóng các kênh ion và tạo ra một điện thế thụ thể có cấp độ mà biên độ của nó tăng theo cường độ kích thích, thường xấp xỉ theo logarit trên phần lớn phạm vi. Loewenstein và Rathkamp đã chỉ ra trong tiểu thể Pacini rằng điện thế tạo ra này phát sinh ở đầu tận cùng thần kinh cảm giác và rằng, một khi nó đạt đến ngưỡng tại vùng khởi phát xung, nó sẽ kích hoạt các điện thế hoạt động trong sợi trục hướng tâm. Bởi vì các điện thế hoạt động là "tất cả hoặc không", cường độ kích thích được biểu thị chủ yếu bằng tần số của chúng: kích thích mạnh hơn tạo ra điện thế thụ thể lớn hơn và tốc độ phóng điện cao hơn. Adrian và Zotterman đã chứng minh mã tần số này bằng cách ghi lại từ một cơ quan tận cùng cảm giác đơn lẻ và cho thấy tần số xung tăng theo cường độ kích thích. Ngoài cường độ, thời gian chính xác của các xung có thể mang thông tin thời gian, và chất lượng và phương thức kích thích được báo hiệu một phần bởi đường dẫn chuyên biệt nào đang hoạt động (mã hóa đường truyền chuyên biệt).

Clinical relevance

Các nguyên tắc về sự hình thành điện thế thụ thể và mã hóa thần kinh là nền tảng cho cách thông tin cảm giác đến não và cung cấp thông tin cho việc giải thích các xét nghiệm cảm giác và thiết kế các bộ phận giả cảm giác. Mục này mô tả các cơ chế bình thường để tham khảo giáo dục và không phải là cơ sở để chẩn đoán hoặc điều trị.

Evidence & guidelines

Tài liệu này dựa trên điện sinh lý học đơn vị cổ điển của các thụ thể cảm giác đã được xác định, bao gồm điện thế tạo ra của tiểu thể Pacini và mã hóa tần số trong các sợi hướng tâm cảm giác. Đây là những phát hiện cơ chế hơn là khuyến nghị lâm sàng, và không có hướng dẫn điều trị nào được ngụ ý.

History

Các bản ghi của Adrian và Zotterman vào những năm 1920 từ các cơ quan tận cùng cảm giác đơn lẻ đã xác định rằng các dây thần kinh cảm giác báo hiệu cường độ kích thích bằng tần số của các xung "tất cả hoặc không", một phát hiện trung tâm trong công trình được giải Nobel của Adrian về hệ thần kinh. Loewenstein và Rathkamp sau đó đã định vị điện thế tạo ra tại đầu tận cùng thần kinh của tiểu thể Pacini và chỉ ra cách nó tạo ra các điện thế hoạt động lan truyền, liên kết tín hiệu chuyển đổi có cấp độ với đầu ra được mã hóa và củng cố bức tranh hiện đại về mã hóa cảm giác.

Key figures

• Edgar Adrian
• Yngve Zotterman
• Werner Loewenstein

Seminal works

• adrian-zotterman-1926
• loewenstein-1958

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa điện thế thụ thể và điện thế hoạt động là gì?

Điện thế thụ thể (tạo ra) là một sự thay đổi có cấp độ trong điện thế màng mà kích thước của nó phản ánh cường độ kích thích và lan truyền thụ động; điện thế hoạt động là một xung "tất cả hoặc không" lan truyền mà không suy giảm và được kích hoạt khi điện thế thụ thể đạt đến ngưỡng.

Cường độ kích thích được biểu thị trong hệ thần kinh như thế nào?

Chủ yếu bằng tần số phóng điện: một kích thích mạnh hơn tạo ra điện thế thụ thể lớn hơn và tốc độ điện thế hoạt động cao hơn trong sợi hướng tâm cảm giác, một mối quan hệ lần đầu tiên được chứng minh bằng cách ghi lại từ các cơ quan tận cùng cảm giác đơn lẻ.