O que é um trem de potenciais de ação?

O que é um trem de potenciais de ação? 1

Um potencial de trem ou cadeia de ação ( spike train em inglês) é uma sequência de registros temporários em que um neurônio dispara sinais elétricos ou impulsos nervosos. Essa forma particular de comunicação entre neurônios é um objeto de interesse e estudo da comunidade neurocientífica, embora ainda haja muitas respostas a serem respondidas.

Neste artigo, veremos o que são esses trens de potencial de ação, qual é sua duração e estrutura, em que consiste o conceito de codificação neuronal e em que estado a pesquisa está atualmente nessa área.

O que é um trem de potenciais de ação?

Para entender o que são os trens em potencial de ação, vamos primeiro ver em que consiste um potencial de ação.

Nossos cérebros contêm cerca de cem bilhões de neurônios que acionam sinais para se comunicar constantemente . Esses sinais são de natureza eletroquímica e viajam do corpo celular de um neurônio, através de seu axônio ou neurito, até o próximo neurônio.

Cada um desses sinais ou impulsos elétricos é conhecido como potencial de ação. Os potenciais de ação ocorrem em resposta a estímulos ou espontaneamente, e cada disparo geralmente dura 1 milissegundo .

Um trem de potenciais de ação é simplesmente uma sequência combinada de tiros e não tiros. Para entender melhor: vamos imaginar uma sequência digital de zeros e uns, como em um sistema binário; Atribuímos um 1 para o tiro e um 0 para o não tiro. Nesse caso, um trem de potenciais de ação poderia ser codificado como uma sequência numérica, tal que: 00111100. Os dois primeiros zeros representariam o tempo de latência entre a apresentação do estímulo e o primeiro disparo ou potencial de ação.

Os trens de potenciais de ação podem ser gerados através de estímulos sensoriais diretos provenientes da visão, toque, som ou cheiro; e também podem ser induzidos por estímulos abstratos desencadeados pelo uso de processos cognitivos, como a memória (por evocação de memórias, por exemplo).

  • Você pode estar interessado: ” Potencial de ação: o que é e quais são suas fases? “

Duração e estrutura

A duração e a estrutura de um conjunto de potenciais de ação geralmente dependem da intensidade e duração do estímulo. Esses tipos de potenciais de ação geralmente duram e permanecem “ativos” enquanto o estímulo está presente.

No entanto, alguns neurônios têm propriedades elétricas especiais que produzem uma resposta sustentada a um estímulo muito curto. Nesse tipo de neurônio, os estímulos de maior intensidade geralmente causam trens de potenciais de ação mais longos .

Quando os potenciais de ação são gravados repetidamente a partir de um neurônio em resposta à mudança de estímulos (ou quando um organismo gera comportamentos diferentes), eles geralmente mantêm uma forma relativamente estável. No entanto, o padrão de disparo de cada potencial de trem de ação varia conforme o estímulo muda; geralmente, a velocidade na qual os tiros ocorrem (a taxa de disparo) muda de acordo com as diferentes condições.

Codificação neural

Os trens de potenciais de ação foram e continuam sendo de interesse da comunidade neurocientífica , dadas suas particularidades. Muitos pesquisadores tentam descobrir em seus estudos que tipo de informação esses potenciais de ação estão codificados e como os neurônios são capazes de decodificá-lo.

A codificação neural é um campo das neurociências que estuda como as informações sensoriais são representadas em nosso cérebro por meio de redes neurais. Os pesquisadores geralmente encontram grandes dificuldades ao tentar decifrar trens de potenciais de ação.

É difícil pensar em um trem de potenciais de ação como se fosse um dispositivo de saída puramente binário . Os neurônios têm um limite mínimo de ativação e são acionados apenas se a intensidade do estímulo estiver acima desse limite. Se um estímulo constante for apresentado, um trem de potenciais de ação será gerado. No entanto, o limite de ativação aumentará com o tempo.

O último, que é chamado de adaptação sensorial, é o resultado de processos como a dessensibilização sináptica , uma diminuição na resposta ao estímulo constante produzido na sinapse (a conexão química entre dois neurônios).

Este resultado levará a uma redução nos disparos associados ao estímulo, que acabará por diminuir para zero. Esse processo ajuda o cérebro a não sobrecarregar as informações do ambiente que permanecem inalteradas . Por exemplo, quando depois de um tempo paramos de cheirar o perfume que aplicamos ou quando nos adaptamos a um ruído de fundo que inicialmente nos perturba.

Investigações Recentes

Como sabemos, os neurônios se comunicam através da geração de potenciais de ação, que podem ser propagados de um neurônio (emissor ou pré-sináptico) para outro (receptor ou pós-sináptico) através da sinapse. Assim, quando o neurônio pré-sináptico gera o potencial de ação, o neurônio pós-sináptico é capaz de recebê-lo e gerar uma resposta que, eventualmente, pode produzir um novo potencial de ação, neste caso o pós-sináptico.

Diferentes seqüências ou trens de potenciais de ação pré-sinápticos geralmente produzem diferentes cadeias de potenciais de ação pós-sinápticos. É por isso que a comunidade neurocientífica acredita que existe um “código neuronal” associado à temporalidade dos potenciais de ação ; isto é, que o mesmo neurônio poderia estar usando várias seqüências de diferentes potenciais de ação para codificar, por sua vez, diferentes tipos de informação.

Por outro lado, a atividade elétrica de um neurônio geralmente é certamente variável e raramente é inteiramente determinada pelo estímulo. Antes de repetições sucessivas do mesmo estímulo, o neurônio responde cada vez com uma cadeia de diferentes potenciais de ação. Até o momento, os pesquisadores não foram capazes de caracterizar a resposta dos neurônios a estímulos, nem foi possível determinar claramente como as informações são codificadas.

O que se pensava até agora é que todas as informações armazenadas em um trem de potenciais de ação eram codificadas em sua frequência; isto é, no número de potenciais de ação que ocorrem por unidade de tempo. Porém, nos últimos anos, está sendo investigada a possibilidade de que os momentos precisos em que ocorre cada potencial de ação possam conter informações críticas e até uma “assinatura neuronal” ; isto é, um tipo de padrão temporal que identificaria o neurônio emissor.

A pesquisa mais recente aponta para o desenho de um novo método que nos permita caracterizar uma cadeia de potenciais de ação com base nos tempos de cada um de seus potenciais de ação. Com a aplicação deste procedimento, seria possível alinhar as diferentes seqüências e determinar quais potenciais de ação são equivalentes em cada uma das cadeias. E com essas informações, a distribuição estatística que segue cada potencial de ação em um hipotético “trem ideal” poderia ser calculada .

Esse trem de potenciais de ação ideal representaria o padrão comum, do qual cada um dos trens reais é apenas uma realização concreta. Uma vez caracterizada, seria possível saber se uma nova cadeia de potenciais de ação poderia ser ajustada à distribuição ou não e, portanto, saber se está codificando a mesma informação. Esse conceito do trem ideal pode ter implicações interessantes para o estudo e a interpretação do código neuronal, além de reforçar a teoria das assinaturas neuronais.

Referências bibliográficas:

  • Strong, SP, Koberle, R., de Ruyter van Steveninck. RR, Bialek, W. (1998). Entropia e informação em trens de ponta neural. Rev Física Lett; 80: pp. 197-200.

Deixe um comentário

Este site usa cookies para lhe proporcionar a melhor experiência de usuário. política de cookies, clique no link para obter mais informações.

ACEPTAR
Aviso de cookies