NEUROELEKTRONIKA

 Rozwój sprzętu komputerowego, internet i technologia komórkowa to najbardziej spektakularne osiągnięcia rewolucji cyfrowej, która przyśpieszyła proces automatyzacji oraz przetwarzania i wymiany danych. Te wielkie zmiany spowodowane zostały przez przejście z elektroniki analogowej do cyfrowej. Sygnał cyfrowy - w przeciwieństwie do ciągłego analogowego - można podzielić na skończoną liczbę stanów, co w systemie binarnym oznacza sławetne zera lub jedynki. 

Takie dokładne kodowanie powoduje, że nawet nieskończona liczba kopii nie będzie się różnić od oryginału, dlatego technologia cyfrowa wypiera analogową niemal we wszystkich dziedzinach, od telewizji po telefonię, radio i fotografię. Sęk w tym, że sygnały zmysłowe są analogowe - jak więc możliwe jest ich odwzorowanie w formie cyfrowej? Sygnał cyfrowy powtarza amplitudę analogowego, tyle że metodą szybkich przeskoków z jednej wartości do drugiej. 

No dobrze, a jakimi sygnałami w takim razie przesyłają sobie informacje nasze neurony? Jeśli o to chodzi w mózgu, rozumianym jako zbiór neuronów (choć to uproszczenie) działają dwa typy sygnalizacji. Od kolców dendrytycznych - odbierających sygnały pobudzające z innych neuronów - do początku wzgórka aksonu, poziom sygnału jest zmienny w czasie i przestrzeni czyli analogowy. Od wzgórka aksonu - gdzie powstają sygnały czynnościowe - aż do końca aksonu mamy zerojedynkowy sygnał cyfrowy. Co z tego wynika?

Im większa liczba neuronów z którymi neuron łączy się zakończeniami aksonów - odpowiedzialnymi za przesyłanie informacji, tym większa liczba neuronów na jakie może wpływać. Zarazem jednak większa liczba neuronów z którymi się łączy zmniejsza jego wpływ na każdy z docelowych neuronów. Każdy neuron łączy się zaś z mnóstwem innych i od wielu innych odbiera sygnały, przy czym dopiero przekroczenie odpowiedniego poziomu pobudzenia powoduje dalsze wytworzenie potencjału czynnościowego. 

Przekazany ładunek dodatni o odpowiedniej sile może naładować wnętrze neuronu dodatnio w stosunku do przestrzeni pozakomórkowej i przerwać stan spoczynkowy. Kiedy neuron "spoczywa" czyli nie przekazuje żadnych informacji nie jest bynajmniej bezczynny. Aby wypełnić się ładunkiem ujemnym jego pompy bez przerwy wypychają na zewnątrz jony dodatnie. Lecz gdy sygnał pobudzenia elektrycznego przekracza odpowiednie natężenie pompy się zatrzymują, a kanały otwierają - generuje się fala przejściowego pobudzenia, przekazując sygnał kolejnemu neuronowi.

Kontrast między potencjałem czynnościowym (kiedy neuron przekazuje informacje), a spoczynkowym (kiedy nie przekazuje) jest niczym innym niż zerem i jedynką. Aby neuron mógł być ponownie uaktywniony konieczne jest przywrócenie na nowo potencjału spoczynkowego czyli napięcia między obiema stronami błony plazmatycznej. Generowaniem impulsów czynnościowych rządzi zaś zasada odpowiedniej intensywności bodźców czyli wartości progowej, a wszystkie sygnały czynnościowe w komórce osiągają taką samą amplitudę.

Jednak sam sygnał w postaci wzbudzenia elektrycznego docierający z innego neuronu - słabszy od wartości progowej - choć spowoduje otwarcie kanałów dendrytu i niewielki przepływ jonów, nie wystarczy żeby całe wnętrze neuronu nabrało ładunku dodatniego i odwróciło polaryzację błony. Taki sygnał rozprasza się więc w czasie i na przestrzeni neuronu - jest to sygnał analogowy. Żeby sobie uświadomić jak bardzo rozbudowany jest ten sieciowy system zbiegających i rozbiegających się połączeń, trzeba wziąć pod uwagę, iż każdy typowy neuron ma około 10 tysięcy kolców dendrytycznych i tyle samo zakończeń aksonów, a jest ich w mózgu około 100 miliardów!!!

Żeby przekazać pobudzenie innemu neuronowi potrzebny jest w dodatku chemiczny posłaniec w postaci neuroprzekaźnika. Otóż wewnątrz każdego zakończenia aksonu tkwią przyklejone do błony niewielkie pęcherzyki z taką substancją - gdy potencjał czynnościowy tam dociera zawartość pęcherzyka uwalnia się do synapsy czyli szczeliny pomiędzy neuronami. Do wzbudzenia docelowego neuronu dochodzi ponieważ w błonie kolca dendrytycznego tkwią receptory danego neuroprzekaźnika. Neuroprzekaźniki pasują do przypisanych im receptorów jak klucze do dziurki - kształt ich cząsteczek odpowiada kształtowi luki w receptorze.

Kiedy neuroprzekaźnik wiąże się z receptorem kanały jonowe otwierają się i w kolcu dendrytycznym może pojawić się wzbudzenie w postaci przepływu jonów. Pośredniczące w przekazywaniu informacji między komórkami układu nerwowego neuroprzekaźniki - których wyróżniamy ponad setkę - mogą doprowadzić zarówno do depolaryzacji błony komórkowej i przesłania impulsu dalej, jak i hiperpolaryzacji czyli stanu w którym pobudliwość komórki ulega zmniejszeniu.  Ich budowa jest bardzo różnorodna, podobnie jak zakres ich działania. Ale to już chemiczna historia...