פוטנציאל הפעולה הוא יחידת המידע שבה משתמשת מערכת העצבים כדי לאפשר לתאי העצב (נוירונים) לתקשר זה עם זה. בתאי העצב יש תעלות שמאפשרות לחלקיקים בעלי מטען שנקראים "יונים" להיכנס לתא או לצאת ממנו. באמצעות התעלות האלו נוצר הפרש במתח החשמלי בין שני הצדדים של דופן התא, והשינויים במתח הזה יכולים ליצור זרם חזק של יונים בין שני צדי הממברנה ולכן להעביר גל של פעילות חשמלית בתא העצב.

האות החשמלי נע לאורך האקסון עד לסופו, שם הוא גורם לחומרים כימיים שנקראים "מוליכים עצביים" להשתחרר אל התאים הסמוכים ולעורר גם בהם זרמים חשמליים. עוצמתו של פוטנציאל הפעולה אינה משתנה ולכן הוא מעין אות דיגיטלי –או שהוא קיים או שלא, בלי מצבי ביניים.

הסרטון שלפנינו מסביר את המנגנונים בתא העצב שמאפשרים ליצור בו פוטנציאל פעולה, את התהליך שבו הוא נוצר ואיך הוא עובר לאורך האקסון.
 

|הסרטון הופק בידי מוחמד בן-ברהים מאוניברסיטת FMPF שבמרוקו. תורגם בידי צוות דוידסון אונליין.
We would like to thank Mohammed from FMPF for all of his help.

בסרטון הוזכר שלב בשם "התקופה הרפרקטורית" שבו תעלות הנתרן מפסיקות להיות פעילות. לתעלות הנתרן מחוברים מעין "פקקים" קטנים שחוסמים אותן בזמן סגירתן ולא מאפשרים לנתרן לעבור במשך פרק זמן מסוים לאחר שנוצר פוטנציאל הפעולה. תודות למנגנון הזה האות העצבי נע רק בכיוון אחד, מפני שהתעלות שבהן עבר האות לאחרונה אינן יכולות להיפתח שוב בפרק הזמן הזה, אלא רק התעלות שנמצאות בכיוון שאליו פוטנציאל הפעולה לא הגיע עדיין.

התקופה הרפרקטורית יוצרת גם חסם עליון לתדר שבו יכול תא עצב להעביר פוטנציאלי פעולה. כלומר, יש גבול עליון למספר הפוטנציאלים שיכולים לעבור באקסון בשנייה. משך התקופה הרפרקטורית יכול להשתנות מתא עצב אחד לחברו, אך ככלל היא אורכת בין אלפית השנייה לכמה אלפיות השניה. מכאן נובע שתא העצב יכול להעביר לכל היותר כמה מאות פוטנציאלי פעולה בשנייה.

מאחר שלכל פוטנציאלי הפעולה בתא יש אותה משרעת (עוצמה), התדירות שלהם היא האמצעי העיקרי שבו מקודד המידע במערכת העצבים. כלל אצבע שנכון לרוב התאים הוא שככל שעוצמת הגירוי עולה כך עולה גם התדירות של פוטנציאלי הפעולה הנוצרים בתא. עם זאת, יש סוגים מסוימים של תאים, כגון חלק מהתאים בעין, שמקודדים ישירות את עוצמת הגירוי.

התאים ברשתית העין, שנקראים פוטורצפטורים, מתמירים את האור המגיע לעין לאות עצבי. במקרה זה עוצמת הקלט היא למעשה עוצמת האור או כמות הפוטונים המגיעים לכל תא עצב בעין. קידוד העוצמה בתאים האלה לא נעשה באמצעות פוטנציאלי פעולה אלא על ידי שינוי של מתח הממברנה שלהם. כלומר בשונה מרוב תאי העצב, הקידוד במקרה זה הוא אנלוגי – לא קידוד של "הכל או כלום" כמו פוטנציאל פעולה, אלא קידוד ישיר של עוצמת הקלט.

למרות התכונה הייחודית הזו, המידע מהעין אינו נשאר אנלוגי כשהוא מגיע למוח, מאחר שתאים אחרים מתרגמים בהמשך את השינויים במתח הממברנה לפוטנציאלי פעולה.

עידו קמינסקי
המחלקה לכימיה ביולוגית
מכון ויצמן למדע

הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בתגובה לכתבה זו ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.