Hermoimpulssi eli aktiopotentiaali Piirrä opettajan johdolla kuvat hermoimpulssin etenemisestä 1. KAIKKI solut ovat sähköisesti varautuneita o sähköinen varaus solun sisäpuolella on noin 70 millivolttia negatiivisempi kuin solun ulkopuolella (-70 mv) hermosolut ovat ainutlaatuisia, sillä ne pystyvät muuttamaan hetkellisesti solun sisä- ja ulkopuolen sähköistä varausta 2. sähköisen varauksen muuttaminen on mahdollista solukalvon ionikanavien ja ionipumppujen ansiosta o ionipumput ja -kanavat ovat proteiinirakenteita solukalvolla ja muodostavat solukalvolle huokosia ionipumput ja -kanavat säätelevät sähköisesti varautuneiden ionien kulkua sulkemalla ja avaamalla huokosia 3. yleisimmät ionit ovat positiivisesti varautuneet natrium ionit (Na + ) ja positiivisesti varautuneet kalium ionit (K + ) 4. jokainen ionikanava on valikoiva: päästävät vain tietynlaisia ioneja lävitseen 1
5. ionipumput pitävät erilaiset ionit solukalvon sisä- tai ulkopuolella => epätasapainoinen ionien jakauma => hermosolun lepotila 6. lepotilassa hermosolulla on solun ulkopuolella korkea pitoisuus Na + ioneja sisäpuolella vastaavasti alhainen o solukalvo on toisin sanottuna polarisoitunut eli solun ulkopuolella on positiivinen varaus ja sisäpuolella negatiivinen varaus 7. lepotilassa oleva hermosolu stimuloituu, kun sähköinen tasapaino hermosolussa muuttuu kun jännite on pudonnut tarpeeksi, Na + kanavat aukeavat ja Na + ionit virtaavat solun sisälle: depolarsaatio 8. depolarisaatiossa solun sisäpuoli tulee depolarisaation kohdalla positiivisemmin varautuneeksi kuin ulkopuoli 2
9. viereiset Na + kanavat reagoivat jännitteen putoamiseen ja avaavat omat kanavansa => näin syntyy depolarisaatioiden sarja ts. HERMOIMPULSSI eli AKTIOPOTENTIAALI o impulssi etenee aksonilla sarjana 10. kun Na + ionit ovat virranneet solun sisälle (depolarisaatio) Na + ionikanavat sulkeutuvat heti perään K + ionikanavat aukeavat päästäen K + ionit solun ulkopuolelle o jännitetila palautuu lepotilaa voimakkaammaksi (-90 mv): hyperpolarisaatio 11. lopullisesti jännitetila palautuu ionipumppujen avulla, jotka nopeasti palauttavat ionien jakautumisen hermosolun lepotilaan (-70 mv) Hermoimpulssin nopeus riippuu: (1) aksonin paksuudesta ja siitä (2) onko aksonin ympärillä myeliinivaippaa tai -tuppea aktiopotentiaalin kulku kemiallissähköisenä tapahtumana on n. 1 10 m/s myeliinitupen peittämällä aksonilla aktiopotentiaalin nopeus voi olla n. 100 m/s 3
Synaptinen välittyminen tiedonvälitys hermosolusta toiseen Piirrä opettajan johdolla kuvat synaptisesta välittymisestä 1. hermosolut EIVÄT ole suoraan yhteydessä toisiinsa: hermosolujen välissä on synaptinen rako kun hermoimpulssi on kulkenut aksonin läpi ja saapuu aksonin päätehaaraan, synapsirakkuloissa olevat välittäjäaineet vapautuvat kulkeutuvat seuraavaan hermosoluun välittäjäaineet voivat joko lisätä tai vähentää seuraavan solun jännitettä synapseissa hermosolut yhdistyvät toisiinsa, jolloin viestit välittyvät hermosolusta toiseen 2. hermoimpulssi toimii kaikki tai ei mitään -periaatteella o hermoimpulssi syntyy, kun kynnys sähköisessä jännitteessä ylittyy (-60 mv) o hermoimpulssin voimakkuus on aina vakio: jännitekynnyksen ylityksen suuruus EI vaikuta hermoimpulssin voimakkuuteen o jännitekynnyksen alapuolelle jäävät muutokset EIVÄT laukaise hermoimpulssia 4
3. välittäjäaineet vapautuvat vakiosuuruisina annoksina synaptiseen rakoon; synaptisen rakkulan koko on vakio yksi synapsi harvoin laukaisee aktiopotentiaalia; aktiopotentiaalin syntyminen vaatii useammasta synapsista tulevan ryöpyn yksi hermosolu ottaa vastaan vaikutuksia sadoista synapseista vaikutukset voivat olla joko kiihottavia (depolarisoivia) tai ehkäiseviä (hyperpolarisoivia) o hermosolun laukeamiseen vaikuttaa samanaikaisesti kiihottavien ja ehkäisevien signaalien yhteismäärä kiihottavat välittäjäaineet avaavat Na + kanavia => depolarisoituminen ehkäisevät välittäjäaineet avaavat K + kanavia => hyperpolarisoituminen Viestien välittyminen hermosolusta toiseen on monimutkainen prosessi hermoimpulssin lopputulos ei aina ole sama: sama määrä välittäjäaineita ei aina vapaudu synaptiseen rakoon eri välittäjäaineet vaikuttavat erilaisilla tavoilla aktiopotentiaalin syntymiseen (tärkeimmät välittäjäaineet listattuna kirjan sivulla 43) hermoimpulssit summautuvat ajallisesti ja spatiaalisesti (myös sivu 43) 5
Hermoverkkojen plastisuus hermoverkkojen plastisuus eli muovautuvuus perustuu synaptisoitumiseen oppimisessa hermosolujen välinen informaationkulku muuttuu o tarpeelliset yhteydet vahvistuvat o tarpeettomat yhteydet hiipuvat Välittäjäaineiden vaikutuksen tarkkuus 4. hermoverkkojen plastisuuden kannalta välittäjäaineiden vaikutuksen tulee olla tarkkaa ja täsmällistä, joka tapahtuu pääosin kahdella tavalla o (a) reuptake eli takaisinotto: välittäjäainetta vapauttanut hermosolu imeyttää välittäjäaineen takaisin itseensä => välittäjäaineen vaikutus katkeaa => hermosolun ei tarvitse valmistaa uutta välittäjäainetta o (b) hajoaminen: vastaanottavan solun entsyymit hajottavat välittäjäaineen => vaikutus lakkaa välittäjäaine voi myös (c) eksyä synaptisesta raosta pois Reseptoreista yleensä tietty välittäjäaine voi kiinnittyä vain tietynlaiseen vastaanottavaan rakenteeseen solukalvolla: reseptori välittäjäaineiden kiinnittymistä reseptoriin kuvataan avain-lukko -mallilla (s. 41) välittäjäaineen tulee kiinnittyä reseptoriin, jotta sillä olisi vaikutusta vastaanottavaan hermosoluun myös reseptorit vaikuttavat siihen, miten välittäjäaineet vaikuttavat o sama välittäjäaine voi toimia päinvastaisesti riippuen reseptoreista 6