Esta pregunta es difícil de responder, porque en muchos casos, la electricidad no pasa directamente entre las neuronas; en cambio, generalmente provoca la liberación de neurotransmisores , los químicos que permiten que las neuronas se comuniquen entre sí.
Vamos a romper toda esta locura. Primero, tenemos que hablar sobre cómo las neuronas mantienen y cambian sus cargas eléctricas.
Las neuronas, como todas las células del cuerpo, están polarizadas eléctricamente; en otras palabras, hay una diferencia en el voltaje entre el interior de la célula y su entorno exterior. El potencial de membrana en reposo (es decir, el voltaje predeterminado) para la mayoría de las neuronas es de alrededor de -70 mV. Mientras la neurona no esté “disparando”, mantiene este potencial de reposo moviendo los iones (átomos con carga positiva o negativa) dentro y fuera de sí misma.
Este movimiento de iones ayuda a cada neurona a crear su propio gradiente electroquímico , una diferencia en la concentración de ciertos iones y, por lo tanto, en el voltaje, entre su interior y su exterior. Un gradiente electroquímico es una de las formas en que una neurona puede almacenar energía potencial , y esta energía, como verá pronto, se puede desencadenar para “aumentar” rápidamente el voltaje de la célula cuando se “dispara”. En el nivel más básico, un gradiente electroquímico permite que se libere energía porque los iones (Alerta de Física Importante) los iones naturalmente fluyen ” cuesta abajo “, es decir, de cargas más positivas hacia más negativas . Veremos cómo esto permite que una neurona “dispare” en solo un minuto.
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Pero primero, una explicación de los mecanismos que utiliza una neurona para mover los iones es fundamental para comprender cómo las neuronas cambian sus cargas eléctricas (y estos mecanismos también son geniales).
Los canales de iones son el más simple de estos mecanismos : básicamente son poros que tienen el tamaño y la forma exactamente correctos para que solo un tipo de ion pase a través de ellos. Para una neurona, los iones más importantes del mundo son el potasio ( K +), el sodio ( Na +), el cloro ( Cl -) y el calcio ( Ca 2+), y cada canal iónico acepta solo una de estas especies de iones. Aquí, por ejemplo, hay uno que acepta iones K +.
Algunos canales de iones, como el de arriba, son pasivos , lo que significa que simplemente dejan pasar su tipo especial de iones, pero otros, llamados bombas de iones , son como puertas dobles eléctricas que se abren hacia adentro o hacia afuera solamente, bombeando un cierto tipo de ión dentro o fuera de la célula. ¿Qué potencia estas bombas, te preguntas? En la mayoría de los casos, el trifosfato de adenosina, mejor conocido como ATP , cuyo papel en el metabolismo celular merece un escrito completo. De todos modos, es fácil ver cómo estas bombas de iones unidireccionales pueden ayudar a una célula a aumentar o disminuir su voltaje interno. Aquí hay algunas animaciones geniales de bombas de sodio y potasio en el trabajo: http://highered.mcgraw-hill.com/…
Ahora que hemos implementado estas ideas básicas, veamos un ejemplo muy simplificado: una neurona cuya membrana celular es permeable solo a los iones de potasio ( K +) y sodio ( Na +). La mayoría de las veces, esta neurona tiene algunos iones K + flotando en su interior, pero mantiene su potencial de membrana en el lado negativo al expulsar a muchos de ellos.
Pero cuando nuestra neurona responde a algún desencadenante químico o físico, como recibir un neurotransmisor o ser tocado físicamente, algunos de sus canales de Na + se abren, lo que permite que los iones de Na + cargados positivamente fluyan hacia la célula. Esta invasión de Na + despolariza la membrana celular; en otras palabras, el interior de la célula se carga menos negativamente a medida que la célula se llena con más y más iones de Na + cargados positivamente.
Si esta despolarización continúa más allá de un cierto umbral , finalmente se desencadena un potencial de acción ; esto significa que muchos otros canales iónicos (en este caso, canales de Na +) se abren repentinamente, lo que permite que la neurona se inunda con iones de Na + cargados positivamente, lo que impulsa su membrana. camino potencial hasta un pico.
En este diagrama de un potencial de acción, puede ver el pico de potencial de membrana que alcanza un máximo de +40 mV (como puede ver, el potencial de reposo de esta neurona era un poco más alto que el habitual de -70 mV). Esto es lo que la gente quiere decir cuando habla de una “neurona” de neurona.
Pero, como se puede ver en el diagrama, el potencial de la membrana no solo sigue subiendo para siempre, después de que alcanza un pico, cae bruscamente hacia abajo. Esto se debe a que algunos canales iónicos están regulados por voltaje ; en otras palabras, se abren o cierran en respuesta al potencial de membrana que alcanza un voltaje específico.
En este caso, más y más de los canales de Na + de la neurona se cerraron de golpe a medida que aumentaba su voltaje, lo que impedía que más Na + fluyera hacia la célula, y más y más de sus canales de K + se abrieron , permitiendo que los iones de K + fluyeran desde el interior con carga positiva de la célula a su exterior cargado negativamente (¿recuerdas nuestro hecho importante de física desde arriba?). Luego, el potencial de la membrana se reduce gradualmente a medida que los canales K + abiertos permiten que la neurona restaure su norma de voltaje. Aquí hay una página con una explicación mucho más detallada de este ejemplo: http://faculty.washington.edu/ch…
Tenga en cuenta (no puedo enfatizar esto lo suficiente) que este es un ejemplo súper simplificado : en realidad, las membranas neuronales incorporan varios tipos de bombas y canales de iones, que pueden activarse mediante todo tipo de activadores, además del voltaje; y sus patrones de disparo son mucho más complejos. Pero esto aún te da una idea bastante clara de lo que significa que una neurona “dispare”. Si está interesado en obtener más información sobre los canales iónicos y la conductancia eléctrica, aquí hay una página con una tonelada de información sobre todo el proceso: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/book.
Ahora es el momento de hablar sobre los neurotransmisores , y lo que tienen que ver estas extrañas tensiones con las formas en que las neuronas transmiten la información.
Entonces, aquí está tu neurona promedio:
Cuando esta neurona “dispara”, pasa un cambio de voltaje a través de su axón (esa “cola larga y delgada, aislada por las vainas de mielina) y en sus terminales de axones . Es en estos terminales que la acción realmente se calienta, así que echemos un vistazo más de cerca a uno. ¡Mejorar!
Como puede ver, la mayoría de las neuronas en realidad no se tocan entre sí, aunque se acercan de manera tentadora.
Ahora, debo señalar que en algunos casos especiales, llamados brechas , los axones de las neuronas están realmente conectados por grupos de proteínas llamadas conexinas , que permiten que las cuatro especies de iones importantes, y por lo tanto, la corriente eléctrica, fluyan directamente desde una celda a la siguiente Las uniones de huecos permiten que los iones fluyan en ambas direcciones, por lo que se dice que las células conectadas por ellos están acopladas eléctricamente .
Pero las uniones de brecha son la excepción , no la regla, especialmente en los sistemas nerviosos de vertebrados . La sinapsis que se muestra en la imagen de arriba no es, obviamente, una intersección, sino que se conoce como una sinapsis química . Por fin, es hora de mirar de cerca cómo funcionan estos.
Lo que nos interesa aquí son las vesículas sinápticas : no preste atención a las mitocondrias (OK, si debe saberlo, hacen ATP). En el lado presináptico, las proteínas diminutas, de hecho, demasiado pequeñas para mostrar incluso en la imagen superior, forman una zona activa , donde las vesículas de los neurotransmisores se liberarán en la hendidura sináptica. Cuando la carga eléctrica en el terminal del axón aumenta lo suficiente, estas proteínas cambian de forma , permitiendo que las vesículas caigan en la hendidura y sean recibidas por la neurona postsináptica, es decir, la neurona en el otro extremo de la sinapsis.
Cada dendrita ( recibiendo “rama”) La neurona postsináptica tiene su propio equivalente de una zona activa: un grupo de proteínas conocido como densidad postsináptica . A medida que las vesículas de los neurotransmisores ingresan a la dendrita y liberan su carga, la densidad postsináptica puede responder de varias maneras, por ejemplo, puede provocar reacciones químicas que inician la producción de ciertos neurotransmisores, o puede abrir o cerrar ciertos canales iónicos para cambiar. El voltaje de la neurona.
Es importante recordar que ninguno de estos son efectos de “encendido / apagado”; el grado en que ocurren depende de la cantidad de neurotransmisor dado que reciba la neurona postsináptica. Aun así, una vez que una neurona se despolariza más allá de su umbral de activación, su voltaje se disparará, y esa neurona pasará la señal por su propio axón (s), provocando su propia liberación de neurotransmisores … y así sucesivamente. Aquí hay una página con muchos más detalles sobre el proceso de transmisión sináptica: http://web.williams.edu/imput/in…
Las conexiones entre múltiples axones y dendritas pueden agregar aún más complejidad a esta imagen: algunas neuronas inhiben la activación de sus vecinas, mientras que otras inhiben a los inhibidores. Algunos neurotransmisores tienen un efecto primario, mientras que otros activan cascadas químicas que pueden llevar a la fabricación de muchos más neurotransmisores. Esto significa que una señal sináptica puede ser altamente dirigida o difusa y borrosa, y estos efectos pueden producirse de una amplia variedad de formas, desde el nivel de los canales iónicos individuales hasta los efectos de los neurotransmisores en las estructuras de proteínas celulares. .
En resumen, la transmisión sináptica es mucho más compleja que la electricidad que fluye a través de los cables: tanto la electricidad como los productos químicos entran en juego, en todo tipo de formas interrelacionadas que pueden ser difíciles de imaginar aquí en nuestra escala macroscópica. Entonces, la respuesta a la pregunta es, la electricidad no transmite información, y tampoco los químicos: la relación entre el voltaje de la neurona y sus neurotransmisores es lo que hace que el trabajo sea posible.
