Basi neurali della cognizione

Canale voltaggio-dipendente per il sodio

a) In condizione di riposo è a -70 mV. Il canale ha una porta di attivazione bloccata, e non c'è passaggio di ioni sodio.

b) Subentra uno stimolo depolarizzante, eccitatorio e da -70 mV ci si avvicina al -55 mV, la porta di attivazione si sta aprendo, modifica la sua conformazione.

c) Lo stimolo è sovrasoglia quindi il PA parte e la porta di attivazione sarà completamente aperta. C'è la fase ascendente perché il sodio entra in maniera diffusa. Punti di Spike (picco) a +30 mV. Il cancello di inattivazione non dà più la possibilità agli ioni sodio di fluire all'interno della cellula, si chiude e l'ingresso di Na+ si ferma. Arrivati allo spike, la porta a voltaggio-dipendente attiva i cancelli di inattivazione e il sodio che voleva entrare nella cellula per raggiungere un equilibrio, resta bloccato e non può entrare nella cellula, più scende nella fase di ripolarizzazione.

discendente, la portavoltaggio-dipendente ripristina i livelli di funzionamento incontrati nella condizione di riposo, quindi libera il cancello di inattivazione. La curva è rappresentata dall'attività del potassio che esce dalla cellula e non potrà più depolarizzarsi.

Circuito a retroazione positiva = lo stimolo iniziale, la depolarizzazione provoca l'apertura rapida dei cancelli di attivazione dei canali per il Na+ (sodio), entra nella cellula e va in retroazione positiva, più entra più vuole entrare perché l'unico obiettivo è di raggiungere un punto di equilibrio, ma perché i cancelli possano bloccarsi avviene uno stimolo meccanico, si usano i cancelli che bloccano il sodio e non gli consentono di entrare più nella cellula. Così come si blocca la depolarizzazione, si aprono le porte voltaggio-dipendenti per il potassio, che è prevalentemente concentrato dentro la cellula ed esce dalla cellula.

facendo perdere cariche positive ad essa, tornando dinuovo negativa. 34Ogni neurone dopo aver fatto un potenziale d'azione si deve fermare, il periodo refrattario.

Uno stimolo (motorio) che parte dalla corteccia ad esempio sollevare la gamba. L'unica proprietà di base fondamentale di un neurone è l'unidirezionalità, che uno stimolo ha solo una direzione. Perché l'unidirezionalità degli stimoli sia assicurata cidevono essere dei periodi refrattari.

18.1. Periodo refrattario

Refrattario = respingente

Ci sono due periodi del periodo refrattario:

1. Relativo
2. Assoluto

04/11 LEZIONE 9

Durante il periodo refrattario assoluto non si generano PA; il meccanismo a doppio cancello svolge un ruolo fondamentale nel fenomeno del Periodo Refrattario. Il periodo refrattario assoluto dura circa 2 ms il tempo necessario ai canali sodio Na+ per tornare alla posizione di riposo, in particolare ai cancelli di inattivazione per riaprirsi. Ciò garantisce

che si propagano lungo l'assone. Durante il periodo refrattario, la membrana cellulare è temporaneamente incapace di generare un nuovo potenziale d'azione. Per garantire che i potenziali d'azione si propaghino in modo corretto, è importante che i periodi refrattari siano rispettati. Inoltre, i periodi di riposo consentono alla cellula di ripristinare le concentrazioni ioniche all'interno e all'esterno dell'assone. Durante il periodo refrattario assoluto, il sodio è completamente all'esterno della cellula e il potassio è all'interno. Questo assicura che la cellula sia pronta a generare un nuovo potenziale d'azione. Dopo il periodo refrattario assoluto, segue il periodo refrattario relativo. Durante questo periodo, è necessario un potenziale graduato più intenso del normale per portare la cellula al potenziale soglia e generare un nuovo potenziale d'azione. Tuttavia, il potenziale d'azione che segue sarà di ampiezza minore del normale. Il periodo refrattario limita la frequenza di trasmissione dei segnali lungo il neurone e assicura che i potenziali d'azione si propaghino in modo unidirezionale.dal soma al terminale assonale, impedendo che questo venga condotto all'indietro lungo le zone di membrana che ha appena percorso. Dal grafico: 1. a -70 mV si trova in condizione di riposo, la cellula non è attiva, legge l'ambiente circostante. Ci sono due canali: sodio e potassio. In condizione di riposo le porte a voltaggio dipendente sono chiuse. L'eccitabilità della cellula in una condizione di riposo è massima, perché appena sopraggiunge uno stimolo il neurone è pronto a scaricare (pistola sempre carica). 2. Sopraggiunge uno stimolo, ci avviciniamo al valore soglia -55mV. Gli ioni sodio caratterizzano la fase ascendente (PRIMA FASE), le porte per il sodio si sono aperte perché hanno letto una variazione oltre il valore soglia e hanno modificato la loro conformazione; il sodio diffonderà all'interno della cellula, che si sta depolarizzando, arrivando a +30 mV, raggiunge valori di positività. Arrivati al punto di Spike,

Le porte di inattivazione bloccheranno la diffusione degli ioni sodio, dopodiché ci sarà la diffusione verso l'esterno degli ioni potassio, che è più tardiva, meno reattiva, perché il potassio si trova in un ambiente naturale. (SECONDA FASE: RIPOLARIZZAZIONE).

Durante questa fase il valore di eccitabilità della cellula è NULLO, quindi, questo è il periodo refrattario assoluto, la cellula non consente un'ulteriore depolarizzazione perché non può farlo, è già depolarizzata. In questa fase si va in iperpolarizzazione in cui si attiva un valore di eccitabilità che è direttamente proporzionale a quelli che sono i gradienti elettrici, questo è il periodo refrattario relativo, ovvero più tempo passa la membrana torna ad essere più eccitata. Quando il processo termina, le porte voltaggio-dipendenti ripristinano la loro conformazione tipica di un potenziale.

diriposo.Sull'assone ci sono migliaia di porte voltaggio-dipendenti che a loro volta, quando leggono una depolarizzazione del segmento precedente, si aprono con effetto cascata (o domino). I PA vengono ricondotti dalla zona trigger al terminale assonale. Una membrana quando si depolarizza, depolarizza tutto. I periodi refrattarici danno la garanzia che parte dal corpo cellulare ed arriva al bottone terminale, una sola direzione. Questo è un motoneurone, un neurone che attiva i sistemi motori (i neuroni che abbiamo li distinguiamo in base all'attività che svolgono). Questi fanno attività efferente (nasce input dal SNC che attivi i distretti motori e dia la possibilità di scappare. Nell'immagine è in condizione di riposo in cui le cariche positive sono concentrate all'esterno della cellula nel liquido extracellulare mentre le cariche negative sono all'interno. Si sta per verificare un PA. I cancelli voltaggio dipendenti leggono che

c'è una variazione elettrica in prossimità della membrana e apriranno le porte. Il sodio diffonde all'interno e gli equilibri elettrochimici si invertono. Quando ha origine un PA il sodio diffonde all'interno e si avrà un'inversione di polarizzazione. Dopodiché i cancelli si attivano e autorizzano il PA che si propaga lungo tutto l'assone, effetto domino, dal corpo cellulare al bottone terminale. Questa porzione attraversata da un PA non può essere attivata nuovamente perché i PA non si possono sovrapporre, si trova in periodo refrattario assoluto. Dopodiché c'è la fuoriuscita degli ioni potassio che faranno perdere alla cellula cariche positive, tornando in una condizione di negatività. Nella parte viola c'è una condizione di refrattarietà. Dopodiché la nostra cellula tornerà ad essere scaricabile nella porzione già attraversata da un potenziale di azione. Questo ci

garantisce che il messaggio parte dal corpo cellulare ed arriva al bottone terminale, non torna indietro, la corrente non ha direzione (phon nell'acqua), il neurone sa che deve scaricare in una direzione specifica perché ci sono periodi refrattari, ovvero una porzione cellulare già attraversata da un PA non può riattivarsi nuovamente finché non è passato del tempo a sufficienza e gli equilibri si siano ristabiliti. Tutto ciò in 2 ms.

Dato che il PA è uno, come facciamo a sapere se stiamo ricevendo una carezza o uno schiaffo, uno stimolo leggero o uno molto forte? Come fanno i neuroni a quantificare l'intensità di uno stimolo?

L'intensità di uno stimolo è codificata dalla frequenza di scarica dei PA, più lo stimolo è forte, più la frequenza dei PA è alta. In un intervallo di tempo di 10s c'è una frequenza di scarica. Ogni volta che c'è uno stimolo più forte,

Il SN riesce ad interpretare l'intensità degli stimoli grazie a quanti PA riesce ad attivare in un periodo di tempo determinato. I PA sono uguali, quello che cambia è la frequenza di scarica dei PA.

a) C'è uno stimolo debole (carezza). Il neurone ci informa riguardo all'intensità con una bassa frequenza e il rilascio del neurotrasmettitore è poco.

b) Lo stimolo è più forte e il sistema ci informa di quanti PA sta attivando e c'è un rilascio più alto di neurotrasmettitore.

Un potenziale graduato (neurone afferente) è uno stimolo meccanico (carezza) e quando si rileva dalla zona trigger in poi il messaggio è sempre lo stesso, e arriva al terminale assonale con il rilascio del neurotrasmettitore.

Un singolo PA non altera i gradienti di concentrazione ionica, basta il passaggio di poche cariche ioniche.

Il PA deve far oscillare tra -70 mV e -30 mV. C'è uno squilibrio in un PA, il sodio

ntegrare nella membrana cellulare e funziona come una pompa che trasporta attivamente ioni sodio (Na+) fuori dalla cellula e ioni potassio (K+) all'interno della cellula. Questo processo richiede energia e avviene contro il gradiente di concentrazione, cioè dalla zona di minore concentrazione alla zona di maggiore concentrazione. La pompa sodio/potassio è composta da unità proteiche che lavorano in modo coordinato. Quando la cellula si depolarizza, cioè quando il potenziale di membrana diventa meno negativo, la pompa sodio/potassio viene attivata. La pompa lega tre ioni sodio all'interno della cellula e utilizza l'energia fornita dall'ATP per spostarli attraverso la membrana cellulare verso l'esterno. Allo stesso tempo, la pompa lega due ioni potassio dall'esterno della cellula e li trasporta all'interno. Questo processo di trasporto attivo della pompa sodio/potassio è fondamentale per mantenere il corretto equilibrio ionico all'interno e all'esterno della cellula. Inoltre, contribuisce alla generazione del potenziale di membrana e alla conduzione degli impulsi nervosi. In conclusione, la pompa sodio/potassio svolge un ruolo cruciale nel processo di depolarizzazione e nella regolazione del potenziale di membrana delle cellule.