לקריאת הכתבה

אנטומיה של המוח: האות העצבי

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.

7 תגובות

  • אנונימי

    מדוע לדעתך מערכת העצבים פועלת

    מדוע לדעתך מערכת העצבים פועלת על חשמל ולא על מעבר של חומרים כימיים?

  • אני

    סוגי תעלות

    כלומר יש 2 סוגי תעלות אשלגן-נתרן?
    סוג אחד של תעלה שלא תלויה באנרגיה - כלומר גם במצב מנוחה היא פתוחה למעבר היונים אך חדירה יותר לאשלגן מאשר לנתרן,
    וסוג שני של תעלה - שנפתחת רק כשהממברנה מגיעה לסף העוררות? ואז היא נסגרת בעוד התעלה מהסוג הראשון נשארת פתוחה למעבר היונים?

    (אני כרגע בכוונה לא מתייחסת למשאבות היונים שמוציאות 3 אשלגן ומכניסות 2 נתרן)

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןביאנה

    תעלות נתרן-אשלגן

    שלום לך,

    באופן כללי ישנן כמה דרכים להעברת יונים מצדה האחד של הממברנה לצדה השני, אתה התייחסת למעבר פסיבי מול מעבר אקטיבי. אכן, ישנן תעלות יוניות, שהן מעין "חורים" בממברנה, המאפשרות מעבר יונים חופשי אבל רק בכיוון מפל הריכוזים. לעומת זאת, ישנן משאבות כמו משאבת נתרן-אשלגן, שבעזרת אנרגיה (שימוש בATP) יכולות להעביר יונים בניגוד למפל הריכוזים. אני ממליצה לך לקרוא על כך עוד בכתבות הבאות ובתגובות שלהן:

    משאבת נתרן אשלגן

    פוטנציאל פעולה

    מעבר חומרים דרך ממברנה

    מקווה שעזרתי,

    ביאנה

  • אני

    תעלות

    אז בעצם רק המשאבות הן תלויות מתח, ואין תעלות תלויות מתח?

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןארז גרטי

    תשובות

    הי
    המשאבות אינן תלויות מתח אלא מעבירות יוני נתרן ואשלגן נגד מפל הריכוזים תוך השקעת אנרגיה (ATP). תעלות יוניות מעבירות יונים עם כיוון מפל הריכוזים, אך הפתיחה שלהן תלויה בכל מני גורמים. במקרה שלנו מדובר בתעלות נתרן או אשלגן שנפתחות כתגובה לשינוי מתח הממברנה. מבנה טעון בחלק החוץ תאי של התעלה מאפשר את פתיחתה כאשר מתח הממברנה משתנה. תעלות נתרן נפתחות בתחילת הפוטנציאל פעולה ותעלות האשלגן נפתחות בשיא פוטנציאל הפעולה. מקווה שעזרתי
    ארז

  • דנה

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןארז גרטי