Većina onoga što znamo o funkcioniranju neurona dolazi iz eksperimenata na džinovskom aksonu lignje. Ovaj džinovski akson proteže se od glave do repa lignje i koristi se za pomicanje repa lignje. Koliko je ovaj akson ogroman? Može biti promjera do 1 mm – lako se vidi golim okom.

Neuroni elektrohemijski šalju poruke. To znači da kemikalije uzrokuju električni signal. Hemikalije u tijelu su “električno nabijene”-kada imaju električni naboj, nazivaju se ioni. Važni ioni u nervnom sistemu su natrijum i kalijum (oba imaju 1 pozitivan naboj, +), kalcijum (ima 2 pozitivna naboja, ++) i hlorid (ima negativan naboj, -). Postoje i neki negativno nabijeni proteinski molekuli. Također je važno zapamtiti da su živčane stanice okružene membranom koja propušta neke ione i blokira prolaz drugih iona. Ova vrsta membrane naziva se polupropusna.

Potencijal membrane za mirovanje

Kada neuron ne šalje signal, on je “u mirovanju”. Kada neuron miruje, unutrašnjost neurona je negativna u odnosu na vanjsku stranu. Iako se koncentracije različitih iona pokušavaju uravnotežiti s obje strane membrane, ne mogu jer stanična membrana propušta samo neke ione kroz kanale (ionske kanale). U mirovanju, kalijevi ioni (K+) mogu lako proći kroz membranu. Također u mirovanju, kloridni ioni (Cl-) i natrijevi ioni (Na+) teže prolaze. Negativno nabijeni proteinski molekuli (A-) unutar neurona ne mogu prijeći membranu. Osim ovih selektivnih ionskih kanala, postoji pumpa koja koristi energiju za pomicanje tri iona natrija iz neurona za svaka dva iona kalija koje unese. Konačno, kada se sve te sile uravnoteže i razlika u naponu između mjeri se unutar i izvan neurona, imate potencijal za mirovanje. Membranski potencijal neurona u mirovanju je oko -70 mV (mV = milivolt) – to znači da je unutrašnjost neurona 70 mV manja od vanjske. U mirovanju postoji relativno više natrijevih iona izvan neurona i više kalijevih iona unutar tog neurona.

Potencijal za mirovanje govori o tome šta se dešava kada neuron miruje. Akcijski potencijal nastaje kada neuron šalje informacije niz akson, daleko od tijela ćelije. Neuroznanstvenici koriste druge riječi, poput “šiljaka” ili “impulsa” za akcijski potencijal. Akcijski potencijal je eksplozija električne aktivnosti koja nastaje depolarizirajućom strujom. To znači da neki događaj (stimulus) uzrokuje pomicanje potencijala mirovanja prema 0 mV. Kada depolarizacija dosegne oko -55 mV, neuron će aktivirati akcijski potencijal. Ovo je prag. Ako neuron ne dosegne ovaj kritični prag, tada se neće aktivirati nikakav akcijski potencijal. Također, kada se dosegne prag, uvijek će se aktivirati akcijski potencijal fiksne veličine … za bilo koji neuron veličina akcijskog potencijala je uvijek ista. Ne postoje veliki ili mali akcijski potencijali u jednoj živčanoj ćeliji – svi akcijski potencijali su iste veličine. Stoga neuron ili ne dostiže prag ili se aktivira pun akcijski potencijal – ovo je princip “SVE ILI NIŠTA”.

Akcijski potencijali nastaju pri prelasku različitih iona kroz membranu neurona. Podražaj prvo uzrokuje otvaranje natrijevih kanala. Budući da ima mnogo više natrijevih iona izvana, a unutrašnjost neurona je negativna u odnosu na vanjsku stranu, ioni natrija jure u neuron. Upamtite, natrij ima pozitivan naboj, pa neuron postaje pozitivniji i postaje depolariziran. Otvaranje kalijevih kanala traje duže. Kad se ipak otvore, kalij izlazi iz ćelije, poništavajući depolarizaciju. Otprilike u to vrijeme, natrijevi kanali počinju se zatvarati. To uzrokuje da se akcijski potencijal vrati prema -70 mV (repolarizacija). Akcijski potencijal zapravo prelazi -70 mV (hiperpolarizacija) jer kalijevi kanali ostaju otvoreni malo predugo. Postupno se koncentracije iona vraćaju na nivoe mirovanja, a ćelija se vraća na -70 mV.

I evo ga … Akcijski potencijal