¿Cómo nuestro cerebro crea electricidad?

Al igual que cualquier otra máquina, los humanos también necesitamos energía y control coordinado. Diversas actividades físicas y fisiológicas del cuerpo humano son examinadas por los nervios. Los nervios se comunican en términos de impulso eléctrico.

Y mirando el aspecto eléctrico de la célula,

Veamos diferentes niveles

  • Nivel de membrana celular
  • Nivel de neurona
  • Nivel del cerebro

Nivel de membrana celular:

Cada membrana mantiene el potencial de membrana en reposo (alrededor de -70 a -60mv). A medida que la permeabilidad de la membrana cambia, al abrir cualquiera de los canales activados por voltaje, el ligando o el canal activado por neurotransmisores, el potencial de membrana cambia.

Fig1: potencial de acción

La fase donde el potencial se mueve al lado positivo se denomina fase de despolarización y la fase donde el potencial se mueve al lado negativo se llama fase de repolarización.

Fig2: los potenciales por debajo del umbral no se inician ni se activan

Solo cuando se produce una despolarización suficiente (es decir) se cruza el nivel del umbral, se dispara el potencial de acción.

Fig3: permeabilidades de iones

Nivel de neurona:

Ahora sabemos cómo se inician los potenciales de acción y ahora veamos el nivel neuronal.

Fig4: neuronas piramidales que se encuentran principalmente en las áreas corticales del cerebro.

Al observar de cerca la imagen, uno puede darse cuenta de que los neruons tienen muchas dendritas, una soma y un axón.

Cualquier neurona tiene muchas entradas provenientes de otras neuronas, y una neurona necesita procesar todas las entradas (ya sean positivas o negativas) y dar una salida.

Fig5: neuronas piramidales con entrada positiva (EPSP) y entrada negativa (IPSP)

Muchas de las entradas, ya sean positivas o negativas, se envían a la neurona, el sitio de entrada es dendtride y el sitio de procesamiento y la salida neta es axon hillock. Y ahora, si el potencial de producción neto cruza el nivel de umbral, el potencial de acción se dispara y viaja a lo largo del axón de la neurona.

Fig6: montículo de Axon donde ocurre la suma

Fig7: La suma de IPSP y EPSP conduce a disparar el potencial de acción solo cuando el potencial cruza el nivel de umbral.

Nivel del cerebro:

Fig8: El recorrido potencial de acción a lo largo del axón y en la sinapsis desencadenan la liberación de neurotransmisores.

Nota: la sinapsis es típicamente la unión entre el axón y la dendrita.

En Synapse acumulación de carga negativa debido a los neurotransmisores extracelulares y las concentraciones de iones. Y en la acumulación de carga positiva del montículo de axones debido a la iniciación o el disparo del potencial de acción.

Fig8: modelo dipolo de la neurona.

La acumulación de dipolo y la carga neta de dipolo se registran como EEG (electoencefalograma) en el cuero cabelludo.

Fig9: Cómo se genera EEG.

Cada célula del cuerpo está unida por una membrana, en la que están incorporadas una variedad de proteínas de transporte diferentes. Estos incluyen el canal Na / K ATPasa, que intercambia iones Na + intracelulares por iones K + extracelulares, para crear un entorno intracelular que es alto en K + y bajo en Na +, y un entorno extracelular que es viceversa. Utiliza la energía de la descomposición del ATP para superar los gradientes de difusión de los dos iones, y al hacerlo crea un potencial de membrana en reposo.

Las células excitables (es decir, las neuronas y las células musculares) también contienen canales iónicos regulados por voltaje. Como su nombre indica, cuando detectan un cambio de voltaje en un rango particular, se abren brevemente, para permitir la afluencia de Na + y la salida de iones K + por sus gradientes de concentración. Esto establece una pequeña diferencia de potencial, a lo largo de una pequeña parte de la longitud de la neurona.

El potencial de acción se transmite a lo largo de la neurona mediante la apertura secuencial de los canales iónicos dependientes de voltaje en las secciones adyacentes de las neuronas debido a esta diferencia de potencial. Por lo tanto, se mueve de la misma manera que una ola mexicana se mueve a lo largo de una fila de ventiladores por cada persona moviéndose secuencialmente. En cuestión de milisegundos, la Na / K ATPase restablece el equilibrio normal de sodio-potasio de la célula para restablecer el sistema.

las neuronas no solo liberan iones. Usan bombas de proteínas para transportar activamente iones de sodio e iones de potasio, aunque ambos están cargados positivamente, el radio iónico más grande de iones K + les da una menor densidad de carga que los iones de Na +, así se establece un diferencial de carga a través de la membrana del axón. Tras la estimulación, las proteínas de la puerta de la membrana se abren permitiendo que los iones retrocedan a través de la membrana en la dirección de su gradiente de concentración; esto se denomina despolarización. Una despolarización en una parte de la membrana provocó un depol en la sección siguiente y, por lo tanto, la onda de despolarización viaja hacia abajo (saltos de un nodo a otro – creado por la vaina de mielina) de una manera muy similar a una corriente que viaja por un alambre de cobre. Pero la naturaleza de los dos es muy diferente: la electricidad actual es un flujo de electrones y un impulso nervioso es un movimiento de iones a través de una membrana.