Kapitel 3. Neurophysiology: The Generation, Transmission and Integration of Neural Signals

Breedlove, S.M., Watson, N.V. & Rosenzweig, M.R. (2007). Biological Psychology. An Introduction to Behavioral, Cognitive, and Clinical Neuroscience. (Fifth Edition).

Neuronernes aktivitet:

Aktiviteten i nervesystemet bygger dels på elektriske signaler i de enkelte neuroner, dels på kemiske signaler mellem neuronerne. Disse signaler ligger til grunde for alle vores tanker og bevægelser. Og systemet fungerer på samme måde for dyr og mennesker.

De elektriske signaler:

Alle neuroner virker som små batterier, idet de er elektrisk ladede. De er mere negative på indersiden, end de er på ydersiden.

Et neuron indeholder mange ioner. Flertallet af dem er anions (negativt ladede ioner). Anions kan ikke forlade cellen. Desuden indeholder neuroner et mindre antal af cations (positivt ladede ioner). Alle disse ioner er opløselige i en »intracellular fluid«, som er en opløselig, flydende væske inde i cellerne. Denne væske er adskilt fra den »extracellular fluid«, som er den væske, der er mellem alle neuronerne. Celle membranen (membran = hinde), der er det yderste lag på cellen, adskiller disse to væsker.

Cellemembranen er lavet af to fedtagtige lag af molekyler. Inde i disse lag flyder mange særlige proteiner. Et det vigtigste, som disse proteiner danner, er ion-kanaler. Ion-kanaler er en slags tube, der tillader særlige ioner at passere gennem membranen. Cellemembranen lover dog ikke alle substanser ind gennem membranen.

Nogle ion-kanaler er gated à de kan åbne og lukke hurtigt, hvis spændingen i neuronet ændres. Nogle kanaler kan på den anden side være åbne hele tiden.

Ens ladninger frastøder hinanden: ÷ ßà ÷

Forskellige ladninger tiltrækker hinanden: +àß÷

Derfor tiltrækker cationer den negative ladning, der er inde i cellen. Cationer ønsker altid at komme ind i cellen, mens anions hele tiden prøver at komme ud til den »extracellular fluid«.

To principper gør, at neuroner formår at sende informationer gennem elektriske signaler:

Hyperpolarisering à neuronet bliver mere og mere negativt indeni end det var før. Fx fra -60 mV til -70.

Depolarisering à er det omvendte, fordi det gør, at det negative inde i neuronet bliver mere positivt. Eller med andre ord: depolarisering gør, at membranpotentialet kommer tættere på 0. Fx fra -60 til -50mV.

Ingen action finder sted, før depolariseringen har fået ladningen i neuronen på treshold, som er ca. -40 mV. Når ladningen kommer på treshold, ændres situationen pludselig. Der kommer et udsving – en pludselig respons à en mulig action potential, som er en nerveimpuls. Et action potential er et ”alt eller intet fænomen”. Dvs. at enten er aktiviteten stor nok til at udløse action potential – og i så fald har denne en ganske bestemt størrelse, ca. 40 millivolt – eller også udløser neuronet slet intet action potential.

Resting potentiale – fig 3.3:

Celler har mange negativt ladede molekyler inde i sig. De forlader aldrig cellen gennem membranen. Derfor kommer positivt ladede ioner K+ (kalium) ind gennem kanalerne i membranen for at sikre »resting potentiale«. K+ tiltrækker den negative ladning, som er inde i cellen. Når ladningen inde i cellen er ca. -60mV, som er cellens »resting potentiale«, bliver K+ ionerne smidt ud igen. For altid at kunne sikre »resting potentiale« i cellen, pumper en ionpumpe, der hedder »Na+ – K+ pumpen«, Na+ ioner (natrium), som fremprovokerer depolarisering, ud af cellen og suger K+ ionerne ind. Men dog ikke flere K+ ioner end -60mV.

Selve processen, når et neuron skal sende et elektrisk signal; fig. 3.6:

1)       K+ kanalerne åbner for at sikre »resting potentiale«.

2)       Nogle Na+ kanaler åbner, og nogle Na+ kommer ind for at depolarisere cellen til dens treshold.

3)       Når cellen er nået treshold, så åbner flere Na+ kanaler, og flere Na+ kommer ind. Der skabes en mulig aktion potential.

4)       Na+ kanalerne er ikke aktive længere, fordi ladningen er ca. 40mV. Nu er det så positivt inde i cellen, at Na+ bliver smidt ud. K+ kanalerne åbnes nu også for at hyperpolarisere cellen ned igen til dens »afterpotentiale«.

5)       Alle kanaler lukker, og cellen går til sit »resting potentiale«.

à Action potential er altså skabt af Na+, og resting potentiale er skabt af K+.

Action potential starter i axon hillock, som er lige ved siden af soma. Lige der, hvor axonet starter. De elektriske signaler – action potential – forplanter sig ned ad og igennem axonet (akkurát sum aldur til ein fótbóltsdyst) og ender ude i axonets yderste forgreninger. Action potential forplanter sig som en bølge, fordi sædvanligvis er det kort mellem disse action potentials. Først kommer en, så kommer den næste og skubber den første, så den tredje og skubber den næste osv. à kædereaktion eller domino. Det elektriske signal vandrer hurtigt ned ad axonet: ca. 1m pr. sekund til 100m pr. sekund. Når action potential er kommet ud til forgreningerne, danner disse kontakt med andre nerveceller, muskelceller eller kirtelceller via synapser.

Synapser og transmitterestoffer:

I nervesystemet foregår overførelsen af information fra et neuron til et andet via transmitterestoffer. Det ene neuron afgiver fra axonets endekrop et transmitterstof, som binder sig til en receptor på det næste neurons dendrit eller cellelegeme.

En synapse dannes mellem to neuroner og finder sted via transmitterestoffer. Det præsynaptiske neuronà det neuron, som nerveimpulsen kommer fra. Det postsynaptiske neuronà det neuron, som signalet overføres til. Endelig kaldes spalten mellem de to membraner for synapsespalten.

Neurotransmittere har det til fælles, at de ændrer »resting potentiale« hos den postsynaptiske neuron à postsynaptic potential.

Et neuron modtager synapser fra flere hundrede andre celler, og dette neuron ændrer samtidig også flere hundrede »resting potentials« hos andre neuroner.

Der er to slags postsynaptic potentials:

1)       Et fremprovokerende præsynaptisk neuron, der formår at depolarisere det postsynaptiske neuron à EPSP.

2)       Et forhindrende præsynaptisk neuron, der formår at hyperpolarisere det postsynaptiske neuron à IPSP.

Men hvad bestemmer, om den enkelte postsynaptiske celle depolariserer eller hyperpolariserer? Den får jo flere hundrede synapser ad gangen!

Om den får flere EPSP end IPSP, så action potential. Om omvendt, så resting potential. Men styrken, hyppigheden, hvor tæt synapserne er, gliaceller osv. har også betydning om det bliver EPSP eller IPSP. Alt bliver regnet sammen, og så bestemmer resultatet, om det bliver EPSP eller IPSP.

Kemiske signaler – fig. 3.11:

Disse 7 punkter belyser, hvordan kemiske signaler foregår:

1)       Aktionpotentialet bliver spredt ind i den præsynaptiske axonterminal.

2)       Voltage-gated calcium kanaler åbnes i axonterminalen, fordi action potential er kommet ned i terminalen via axonet. Ca2 (calcium ioner) kommer ind i axonterminalen.

3)       Ca2 medfører, at små blærer (vesikler) frigives til synapsekløften. Ud fra disse blærer kommer transmitterestoffer ind i synapsekløften.

4)       Transmitterne binder sig til receptorerne i den postsynaptiske membran. I membranen åbnes kanaler, som lader ioner strømme ind. Nu påvirkes den postsynaptiske celle enten excitatory (EPSP) eller inhibitory (IPSP).

5)       EPSP eller IPSP spreder sig over dendritterne og soma til axon hillock, hvor der enten sker en hyperpolarisering eller depolarisering.

6)       Enzymer kommer ind i »extracellular space« og nedbryder de overflødige transmittere. ELLER bliver transmitterene optaget igen af receptorere på præsynapsen, så de kan bruges til en senere overføring/transmission.

7)       Transmittere binder sig også til autoreceptorer i den præsynaptiske membran.

Vesicler:

Jo kraftigere action potentialerne er, desto flere Ca2+ strømmer ind, og så er der jo også flere vesikler.

Synaptiske vesikler er ca. 50 nanometre i diameter og ret kompliceret sammensatte. En vigtig del af vesiclen er dog »synaptotagmin«, som binder Ca2+.

Næsten alle synaptiske vesicler har det samme antal af molekyler/transmittere = mange, mange 1000.

Normalt så gør en action potential det, at der bliver udløst flere hundrede vesicler hver gang. Men hvis der ikke kommer så mange calcium ind, så mindsker antallet af vesikler også. Dette medfører så også, at ændringen i den postsynaptiske neuron bliver mindre.

Transmittere og receptorer:

Der bliver normalt produceret nok transmittere i den præsynaptiske terminal, så den hele tiden er klar til aktivitet. Men en neuron kan dog også blive træt og derfor reagere mindre på stimulus.

Receptorer genkender transmittere. Kun de rigtige molekyler (nøgler) kan åbne en receptor. De rigtige molekyler hedder »ligand«. En ligand passer ind i en receptor, og den kan aktivere eller blokere receptoren.

Neurotransmittere, der er lavet inde i kroppen à »endogenous ligand«. Drugs og giftstoffer, der kommer ude fra kroppen à »Exogenous ligands«.

Den enkelte postsynaptiske receptor bestemmer actionen hos en transmitter. Fx kan Ach, som er en tranmitter, både være en IPSP eller EPSP transmitter i de forskellige synapser.

Forskellige kemikalier kan dog passe ind i en receptor og blokere den således, at de vigtige stoffer ikke formår at komme ind. Og nogle giftstoffer efterligner også actionen hos nogle transmittere, når de er i synapsen.

Der er to slags drugs:

Agonists à stoffer, som handler eller »act« lige som en transmitter i receptoren.

Antagonist à De stoffer, som griber ind og hindrer en transmitter i at udføre en action.

Der findes nøgler, der passer ind i mange forskellige låse. Nøgler, der kun passer ind i nogle lås. Og til sidst nøgler, der kun passer ind i en lås. Således er det også med transmittere og receptorerne.

Hver enkelt kemisk transmitter binder sig til forskellige receptorer. Fx binder Ach sig til fire »cholinergic receptorer«. Det, at der findes så mange forskellige receptorer til hver transmitter, gør, at transmittere kan lave alle mulige actioner.

Koordineringen af de mange forskellige transmittere og deres mønstre/system er indviklet. Hver enkelt transmitter og receptor har et unikt mønster og udbredelse i hjernen.

Receptorsystemet bliver aktivt på forskellige tidspunkter hos et foster. De bliver plastagtige i voksenalderen. De forandrer sig meget, og man kan også miste mange. Fx når man tager farlige stoffer.

Hvis antallet af receptorer bliver større, hedder det »up regulation«.

Hvis antallet af receptorer bliver mindre, hedder det »down regulation«.

Transmittere bliver genkendt og kommer igennem en receptor på to forskellige måder – fig. 3.13:

1)       Igennem »ionotropic receptorer« à En receptor, der er en »ligand-gated ion channel«. Denne genkender transmitterne og binder dem lige med det samme til »kanal proteinet«. Kanalerne åbner lige med det samme og ioner strømmer igennem membranen på en kort tid à hurtig måde.

2)       Eller gennem »metabotropic receptorer« à Disse receptorer genkender transmitteren, men styrer ikke direkte ionkanaler. I stedet aktiverer de molecyler som kaldes G-proteins. Sommetider åbner G-protein selv en ionkanal, men andre gange aktiverer G protein andre indre kemiske signaler, så de påvirker ionkanalerne. Man kan huske det således: G-protein er den første »messenger«, som så sender bud til mange andre »second messengers«. Second messengers udbreder og forstærker budene fra den første messenger og derved sættes processer i gang, der medfører forandringer i membranen. Omkring 80 % af transmittere bruger »metabotropic receptorer«. G-protein sidder på indersiden af membranen på et neuron. Når en transmitter binder sig til en receptor, som er koblet sammen med et G-protein, så deler G-proteinet sig i 3 dele. Den ene – »alpha subunit« – river sig løst og giver enten en second messenger, en enzym eller en ionpumpe bud. Til slut åbnes ionkanalen og ioner strømmer ind gennem membranen. Denne måde er meget langsom.

Når transmitterne har lavet sit arbejde færdigt og budene er sendt videre, bliver de omgående stoppet. Dette sker på to måder:

1)       Degrationà transmitterne går pludselig i stykker.

2)       Reuptakeà Transmitterne bliver suget op fra synapsekløften og ind igen i den præsynaptiske terminal. Her bliver de igen pakket ind i vesikler. Transportere, som sidder på den præsynaptiske axonterminal, samler transmitterne ind igen. Nu er transmitterne klare til næste action potential.

Kredsløb mellem neuronerne :

Når vi laver en eller anden bevægelse, så etableres der et kredsløb mellem synapser og neuronerne. Der er to slags af kredsløb.

Fx er »the knee reflex« – fig. 3.14 – er et godt eksempel på et kredsløb mellem neuroner og synapser, som til sidst resulterer i en bevægelse. Flere hundrede kredsløb skal til for at sådan en bevægelse kan lade sig gøre. Alt dette foregår meget hurtigt. Ca. 40 millisekund tager det fra stimulus til reaktion.

Nogle kredsløb er mere simple end andre. I de simple er kun få celler involverede, mens de indviklede har brug for flere millioner af celler.

EEG & ERP:

Når flere millioner af celler arbejder sammen er aktiviteten så stor, at vi kan følge den på overfladen af kranium. Man kan optage aktiviteten via store elektroder (fig. 3.16). På denne måde kan det lade sige gøre at skelne mellem aktivitet, som indtræder spontant og uden stimulus à EEG. Og modsat aktivitet, som bliver fremprovokeret af stimuli à ERP. Ved brug af optagelsen af EEG og ERP kan man finde ud af meget.

Skriv et svar

Udfyld dine oplysninger nedenfor eller klik på et ikon for at logge ind:

WordPress.com Logo

Du kommenterer med din WordPress.com konto. Log Out / Skift )

Twitter picture

Du kommenterer med din Twitter konto. Log Out / Skift )

Facebook photo

Du kommenterer med din Facebook konto. Log Out / Skift )

Google+ photo

Du kommenterer med din Google+ konto. Log Out / Skift )

Connecting to %s