Mỗi một điện thế hoạt động trớc synap đến một synap thì sinh ra một điện thế sau synap nhỏ (đờng đen). Khi câc điện thế hoạt động đến liín tục tại một synap,mỗi một điện thế sau synap đê đợc sinh ra cộng thím văo đuôi của điện thế sau synap trớc để tạo ra điện thế sau synap tổng lớn (đờng xanh). Tần suất lớn hơn của thế năng hoạt động đến căng lớn thì kích thớc của thế năng hoạt động sau synap căng lớn.
Tổng không gian vă thời gian đồng thời cung cấp câc giữ liệu, nhờ đó câc tốc độ bùng nổ câc neuron tiền synap kết nối điều khiển thế năng măng sau synap (grand PSP-grand postsynaptic potential) trong thđn của tế băo sau synap đơn. Giai đoạn cuối cùng trong việc xử lý đê đơc thực hiện bởi một tế băo sau synap lă sinh ra một output, thờng dới dạng một thế năng hoạt động để nhận một tín hiệu vă chuyển đến một tế băo khâc. Tín hiệu ra (output signal) phản ânh độ
đổi tín hiệu bởi câc thế năng hoạt động lă khoảng thời gian giữa một thế năng hoạt động vă câi tiếp theo. Trong một chuyển dịch khoảng câch dăi thì độ lớn của grand PSP đợc giải thích hay mê hóa thănh thứ tự của sự bùng nổ câc thế năng hoạt động (H. 3-10). Sự mê hóa năy đợc thực hiện bởi hệ thống đặc biệt của câc kính ion, chúng lă đại diện mật độ cao ở phần nền của axon cạnh thđn tế băo trong vùng đê biết nh lă gò axon (axon hillock) (H.2-8).
H. 3-10 2-37. Sự mê hóa grand PSP dới dạng tần số bùng nổ câc thế năng hoạt động bởi một axon.
So sânh (A)vă (B) chỉ cho thấy tần số bùng nổ của một axon tăng lín nh thế năo với sự tăng trong grand PSP. Trong khi đó (C) lă tổng của mối quan hệ của chúng.
2.6 Sự xử lý thần kinh đòi hỏi sự kết hợp tối thiểu ba loại kính K.
Chúng ta nhận thấy rằng cờng độ của kích thích nhận đợc bởi một neuron phản ânh sự vận chuyển một khoảng câch dăi nh lă tần số của thế năng hoạt động bùng nổ neuron: sự kích thích căng mạnh thì tần số của thế năng hoạt động căng cao. Thế năng hoạt động đợc bắt đầu ở gò axon, vùng duy nhất của mỗi neuron, ở đó kính Na+ đóng mở bằng điện thế rất phong phú. Nhng để thực hiện chức năng đặc biệt đó, măng gò đồi chứa tối thiểu bốn nhóm kính ion khâc nhau: ba kính lựa chọn ion K+ vă một kính lựa chọn ion Ca+. ba loại kính K+ có tinh chất khâc nhau, Chúng ta cho chúng những tín nh lă kính chậm, kính sớm vă kính đơc hoạt hóa bằng ion Ca++ . Để hiểu sự cần thiết đa dạng kính, cần phải biết câi gì xẩy ra nếu kính ion đóng mở bằng điện thế có mặt trong tế băo thần kinh chi lă câc kính Na+.
Thấp hơn ngỡng kích thích thần kinh nhất định, sự khử cực măng gò đồi axon sẽ không đủ để bùng nổ một thế năng măng. Với kích thích tăng dần, ng- ỡng sẽ bị vợt qua, kính Na+ sẽ mở vă thế năng hoạt động sẽ bùng nổ.Thế năng hoạt động sẽ kết thúc theo con đờng thông thờng bởi sự bất hoạt kính Na+. Trớc một thế năng hoạt động khâc sắp xẩy ra, câc kính năy cần đợc hồi phục từ sự bất hoạt của nó, nhng điều đó cần sự trở lại của thế năng măng đến giâ trị rất đm, chúng đê không có suốt trong quâ trình kích thích khử cực cần phải duy trì (từ
PSPs). Một loại kính đợc thím văo lă cần thiết. Vì rằng để tâi phđn cực măng, sau mỗi thế năng hoạt động để chuẩn bị cho thế năng măng bùng nổ trở lại, nhiệm vụ năy đợc thc hiện bởi kính K+ chậm (sau) ( delayed K+ channel), vấn đề năy chúng ta đê thảo luận trớc đđy liín quan đến thế năng hoạt động măng. Chúng lă những kính đóng mở bằng điện thế nhng do động thâi chậm hơn, chúng mở trong pha xuống của thế năng hoạt động , khi đó Na+ bất hoạt. Sự mở của chúng cho phĩp một dòng K+ chay ra vă dẫn măng theo hớng cđn bằng thế năng K+, chúng đm đến nỗi kính Na+ nhanh chóng hồi phục từ trạng thâi bất hoạt của chúng. Sự tâi phđn cực của măng gđy ra s đóng câc kính K+ chậm. Gò đồi axon bđy giờ đợc tâi lập để cho sự kích thích khử cực từ neuron đầu văo có thể bùng nổ thế năng hoạt động khâc. Bằng câch năy câc kích thích đơc duy trì cuối đuôi gai vă thđn tế băo dẫn tới sự bùng nổ lặp lại của câc axon. Sự bùng nổ lặp lại bản thđn nó vẫn cha đủ. Tần số của sự bùng nổ cần phải phản ânh cờng độ của sự kích thích vă hệ thống đơn giản câc kính Na+ vă kính K+ chậm thì vẫn cha đủ cho mục tiíu năy. Dới một ngỡng nhất định của sự kích thích ổn định, tế băo sẽ không bùng nổ bất kỳ lúc năo, trín ngỡng kích thích năy nó sẽ bắt đầu bùng nổ bất ngờ với tốc độ nhanh tơng đối. Kính K+ sớm (đầu) sẽ giải quyết vấn đề năy. Đó lă kính ion đóng mở theo điện thế vă mở khi măng bị khử cực, nhng cờng độ điện thế đặc biệt của chúng vă sự biến động của sự bất hoạt lă chúng hoạt động để giảm tốc độ bùng nổ ở câc mức độ kích thích mă thật ra phải trín ngỡng mở bùng nổ. Nh vậy chúng đê lăm mất sự giân đoạn giữa tốc độ bùng nổ vă cờng độ kích thích. Kết quả lă tốc độ bùng nổ thì tỷ lệ với sức mạnh của sự kích thích khử cực trín một phạm vi rộng (H.3-10).
Kính Ca++đóng mở bằng điện thế vă kính K+ đợc hoạt hóa bằng ion Ca++ ( Ca++ activated k+ channel). Chúng đồng thời hoạt động lăm giảm sự đâp ứng của tế băo đối với sự kích thích kĩo dăi vă không thay đổi, một quâ trình gọi lă sự thích ứng (adaptation). Câc kính Ca++ năy cũng tơng tự nh kính Ca++ khâc, chất giải phóng trung gian của chất dẫn truyền từ tận cùng trục tiền synap, chúng mở khi đó thế năng hoạt động bùng nổ cho dòng Ca++ chảy thoâng qua văo gò đồi axon. Kính K+đợc hoạt hóa bằng Ca++ về cấu trúc vă chức năng đều khâc với bất kỳ loại kính năo đê đợc mô tả trớc đđy. Nó mở để đâp ứng với nồng độ Ca++ đê tăng lín trín bề mặt nguyín sinh của tế băo thần kinh. Giả sử rằng một kích thích khử cực mạnh đê đợc dùng trong một thời gian dăi, bùng nổ một chuỗi dăi của thế năng măng hoạt động. Mỗi thế năng hoạt động cho phĩp một dòng nhỏ ion Ca++ qua kính Ca++ đóng mở bằng thế năng măng sao cho để nồng độ ion Ca+ + trong tế băo tăng dần đến độ đủ để mở câc kính K+ đợc hoạt hóa bằng ion Ca++.
Vì sự thấm tăng lín của măng đối với ion K+ lăm cho măng khó khử cực hơn, nó lăm tăng sự chậm giữa một thế năng hoạt động vă thế năng hoạt động kế tiếp.
Do vậy neuron đê bị kích thích một câch liín tục trong một thời gian dăi trở nín kĩm đâp ứng đối với những kích thích cờng độ nh nhau. Sự thích ứng nh thế cũng có thể có do câc cơ chế khâc, cho phĩp câc neuron vă câc hệ thống thần kinh nói chung phản ứng lại mạnh liệt với sự đổi thay, thậm chí chống lại mức độ xuất phât cao của câc kích thich lđu dăi. Nó lă một trong câc chiến lợc giúp chúng ta ,ví dụ cảm thấy sự va chạm nhẹ trín vai, vă xem nh không tính đến sự đỉ nặng liín tục của quần âo trín vai chúng ta.
thănh viín của câc họ kính ion khâc nhau có trong măng của chúng. Có tối thiểu năm loại kính Ca++ đóng mở theo điện thế măng đê biết trong hệ thần kinh động vật có xơng sống vă có tối thiểu bốn kính K+ đóng mở bằng điện thế măng. Bội số của gen dĩ nhiín cho phĩp nhiều loại neuron khâc nhau, hoạt động điện của chúng đợc điều chỉnh đặc biệt cho câc nhiệm vụ riíng mă chúng cần thực hiện.
Một trong những tính chất quan trọng của hệ thần kinh lă khả năng học hỏi vă nhớ. Điều đó hình nh phụ thuộc chủ yếu văo những thay đổi lđu dăi trong câc synap đặc biệt. Chúng ta kết thúc phần năy bằng việc xem xĩt một loại kính ion đặc biệt có vai trò đặc biệt trong việc học vă nhớ. Nó đợc đặt ở nhiều synap trong hệ thống thần kinh trung ơng, ở đđy nó đợc đóng mở bằng cả điện thế vă chất dẫn truyền kích thích glutamat. Nó cũng lă vị trí hoạt động của thuốc tđm thần phenclidine.
2.7 Thế năng kĩo dăi trong chđn hải mê (hippocampus) động vật có vúphụ thuộc văo l ợng Ca++ đi văo qua kính NMDA receptor. phụ thuộc văo l ợng Ca++ đi văo qua kính NMDA receptor.
Thực tế lă tất cả câc động vật có thể học, nhng động vật có vú hình nh học tốt khâc thờng. Trong nêo bộ của động vật có vú, một phần của vỏ nêo đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong học tập. Khi nó bị phâ hủy trín cả hai phía của nêo, khả năng tạo thănh một sự nhớ mới bị mất phần lớn, tuy nhiín những câi nhớ đợc hình thănh trớc đđy thì vẫn tồn tại. Tơng ứng với điều đó, một văi synap trong hippocampus thay đổi chức năng sinh động phù hợp với việc sử dụng nhắc lại. Trong khi đó câc thế năng hoạt động đơn giản kết hợp trong câc tế băo tiền synap không để lại vết kĩo dăi, một kích thich ngắn của kích thích lặp lại gđy ra thế năng kĩo dăi (long term potention (LTP), nh thế câc thế năng hoạt động đơn có chu kỳ trong tế băo tiền synap gợi lín một sự đâp ứng tăng lín trong tế băo sau synap. Hiệu quả kĩo dăi nhiều giờ, nhiều ngăy hay nhiều tuần tùy thuộc văo số vă cờng độ kích thích (burst) của câc kích thich nhắc lại (repetitive firing). Chỉ những synap đợc hoạt hóa mới thể hiện thế năng. Câc synap duy trì sự yín lặng trín câc tế băo sau synap thì không có tâc động. Nhng nếu khi tế băo nhận đợc một sự kích thich nhiều lần qua một mạng lới synap, một thế năng hoạt động đơn đợc xuất phât từ một synap khâc trín bề mặt của nó, thì synap sau cũng sẽ trải qua một thế năng kĩo dăi (LTP). Quy tắc cơ bản trong hippocampus hình nh lă thế năng kĩo dăi xẩy ra trín bất kỳ trờng hợp năo, ở đó một tế băo tiền synap bị kich thích (một lần hay nhiều hơn) ở thời điểm khi măng sau synap bị khử cực mạnh (hoặc lă qua kích thich nhắc lại nhiều lần hiện tại của tế băo tiền synap t- ơng tự hoặc bằng một nguồn khâc). Có bằng chứng lă quy tắc năy phản ânh câch c xử của một nhóm đặc biệt câc kính ion trong măng tiền synap. Glutamate lă chất dẫn truyền thần kinh kích thích chủ yếu trong thần kinh trung ơng của động vật có vú vă trong hippocampus cũng nh nơi khâc. Hầu hết dòng khử cực t- ơng đơng với PSPs, kích thích đợc thực hiện bởi câc kính đóng mở bằng glutamat, chúng hoạt động theo câch thông thờng. Nhng dòng có thím văo thănh phần hấp dẫn th hai hay hơn, chúng đợc trung gian bởi nhóm phụ riíng biệt câc kính ion đóng mở bằng glutamat đê đợc biết nh lă NMDA receptor vì chúng đợc hoạt hóa một câch có chọn lọc bằng glutamat nhđn tạo tơng tự N-Metyl D- Aspartat. Câc kính NMDA receptor đóng mở đúp, chỉ mở khi hai điều kiện kích thích đê đợc thỏa mên: glutamat đê đợc liín kết với receptor vă măng cần khử cực mạnh. Điều kiện thứ hai lă đòi hỏi để giải phóng Mg++, ion năy khóa câc
kính nghỉ bình thờng vă điều đó cố nghĩa lă NMDA receptor đợc hoạt hóa bình thờng chỉ khi câc kính ion đóng mở bằng glutamat theo quy ớc thông thờng đợc hoạt hóa vă khử cực măng, NMDA lă giới hạn cho thế năng kĩo dăi. Khi chúng bị khóa chọn lọc với một chất ức chế đặc biệt, thế năng kĩo dăi không xẩy ra cho dù sự vận chuyển synap bình thờng vẫn tiếp tục. Một con vật đợc xử lý bằng chất ức chế cho thấy thiếu khả năng học tập nhng c xử khâc thì hầu nh binh th- ờng.
Lăm thế năo NMDA receptor lăm trung gian nh lă hiệu quả của sự nhớ (remarkable). Cđu trả lời lă câc kính đó khi mở cho thấm một lợng lớn ion Ca++, chúng hoạt động nh lă chất trung gian trong tế băo sau synap, gđy ra một loạt thay đổi lớn chúng có vai trò trong thế năng kĩo dăi. Thật thế, thế năng kĩo dăi thì bị ngăn cản khi nồng độ Ca++ đợc giữ một câch nhđn tạo thấp trong tế băo sau synap bằng câch tiím phức căng cua Ca++ chelator EGTA văo trong đó vă có thể gđy ra bằng câch tăng chớp nhoâng nồng độ Ca++ ngoăi tế băo một câch nhđn tạo cao.
Bảng 3-2: Văi họ kính ion.
Họ Câc phđn họ đại diện
Kính cation đóng mở bằng điện thế Kính Na + đóng mở bằng điện thế. Kính K+ đóng mở bằng điện thế (bao gồm cả kính muộn vă kính sớm). Kính Ca++ đóng mở bằng điện thế. Kính ion đóng mở
bằng chất dẫn truyền. Kính ion đóng mở bằng acetylcholin. Kính cation đóng mở bằng seretonin. Kính cation đóng mở bằng glutamat. Kính Cl- đóng mở bằng GABA. Kính Cl- đóng mở bằng glycine.
Những thay đổi điện thế kĩo dăi mặc dầu đợc khởi đầu trong tế băo sau synap, tâc động tế băo trớc synap sao cho giải phóng nhiều glutamat hơn bình th- ờng khi nó đợc hoạt hóa tiếp sau đó. Bản chất của sự thay đổi kĩo dăi trong tế băo trớc synap thì cha đợc xâc dịnh, nhng rõ răng lă một văi thông tin cần phải quay lại từ tế băo sau synap đến tế băo trớc synap khi thế năng kĩo dăi đợc sinh ra. Bản chất của tín hiệu quay trở lại thì cha đợc biết, tuy nhiín cả oxyt nitric vă mono oxit đợc đề nghị nh lă ứng cử viín. Mô hình đề nghị cha chắc chắn lắm của văi giai đoạn trong việc tạo ra thế năng kĩo dăi đợc trình băy trong H. 3-11. Thím văo những thay đổi kĩo dăi trong tế băo trớc synap đê đợc giải thích trong hình 3-11. Cũng có những thay đổi kĩo dăi trong tế băo sau synap đóng góp văo thế năng kĩo dăi.