Edgar Adrian – Πώς «συνομιλούν» οι νευρώνες;
Στις 30 Νοεμβρίου 1889, γεννήθηκε ο Άγγλος ηλεκτροφυσιολόγος Edgar Adrian, ο οποίοος βραβεύθηκε με το Βραβείο Νόμπελ Φυσιολογίας και Ιατρικής του 1932 από κοινού με τον σερ Τσαρλς Σκοτ Σέρινγκτον για τις έρευνές τους σχετικώς με τη λειτουργία των νευρώνων. Ο Έιντριαν απέδειξε πειραματικώς τον νόμο «είτε μηδενικής, είτε μέγιστης αποκρίσεως» των νεύρων.
Για να μπορούν οι νευρώνες να επεξεργάζονται τις πληροφορίες και επομένως να καθοδηγούν τη συμπεριφορά, πρέπει να επικοινωνούν με άλλους νευρώνες, αλλά και με το υπόλοιπο σώμα. Αυτό είναι μια απολύτως αναγκαία προϋπόθεση για τη σωστή λειτουργία του εγκεφάλου. Πώς, όμως, «συνομιλούν» οι νευρώνες;
Η απάντηση σε τούτο το ερώτημα άρχισε να διαφαίνεται κάποια χρόνια αργότερα. Το 1928, ο πρωτοπόρος στην ηλεκτροφυσιολογική μελέτη του νευρικού συστήματος Edgar Adrian αποκάλυψε χειρουργικά μία από τις πολλές δέσμες νευραξόνων στον λαιμό ενός ναρκωμένου κουνελιού. Κατόπιν αφαίρεσε όλους τους νευράξονες, εκτός από δυο ή τρεις, στους οποίους τοποθέτησε ένα ηλεκτρόδιο. Ο Adrian παρατήρησε ότι, κάθε φορά που το κουνέλι έπαιρνε μια ανάσα, εκδηλωνόταν ένα κύμα ηλεκτρικής δραστηριότητας. Συνδέοντας έναν ενισχυτή στο ηλεκτρόδιο, αμέσως άρχισε να ακούει ήχους σαν χτύπους, γρήγορα «κλικ» παρόμοια με αυτά του κώδικα Μορς. Ο ήχος κάθε χτύπου ήταν ένα ηλεκτρικό σήμα, ένα δυναμικό ενέργειας, όπως λέγεται ― η βασική μονάδα της νευρωνικής επικοινωνίας. Ουσιαστικά, ο Adrian κρυφάκουγε τη γλώσσα των νευρώνων.
Τι παράγει, όμως, τα δυναμικά ενέργειας που άκουσε ο Adrian; Το εσωτερικό της μεμβράνης που περιβάλλει έναν νευρώνα και τον νευράξονά του έχει ένα ελαφρώς αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο σε σχέση με το εξωτερικό της. Τούτο το φορτίο προκύπτει από μια άνιση κατανομή των ιόντων (ηλεκτρικά φορτισμένων ατόμων) εκατέρωθεν της κυτταρικής μεμβράνης. Λόγω της άνισης αυτής κατανομής, κάθε νευρώνας είναι σαν μια μικροσκοπική μπαταρία που αποθηκεύει ηλεκτρισμό, ο οποίος μπορεί να απελευθερωθεί ανά πάσα στιγμή. Όταν ένας νευρώνας διεγείρεται (από ένα φωτόνιο φωτός, ένα ηχητικό κύμα ή τη δραστηριότητα άλλων νευρώνων), σε όλη την επιφάνειά του ανοίγουν μικροσκοπικά κανάλια, οι λεγόμενοι δίαυλοι ιόντων, που επιτρέπουν στα φορτισμένα ιόντα να μετακινηθούν διαμέσου της μεμβράνης και προς τις δύο κατευθύνσεις. Αυτή η ελεύθερη ροή των ιόντων αντιστρέφει την ηλεκτρική πόλωση της κυτταρικής μεμβράνης, αλλάζοντας το φορτίο στο εσωτερικό του νευρώνα από αρνητικό σε θετικό και απελευθερώνοντας την ηλεκτρική του ενέργεια.
Το δυναμικό ενέργειας παράγεται στον νευρώνα λόγω αυτής της ταχύτατης απελευθέρωσης ενέργειας. Τούτο το ηλεκτρικό σήμα διαδίδεται πολύ γρήγορα κατά μήκος του νευρώνα, από το κυτταρικό σώμα έως το απώτατο άκρο του νευράξονά του. Όταν, λοιπόν, οι επιστήμονες λένε ότι οι νευρώνες σε μια συγκεκριμένη περιοχή του εγκεφάλου είναι ενεργοί, εννοούν ότι στους νευρώνες πυροδοτούνται δυναμικά ενέργειας. Οτιδήποτε βλέπουμε, αγγίζουμε, ακούμε και σκεφτόμαστε αρχίζει με αυτές τις σύντομες ηλεκτρικές ώσεις που διατρέχουν έναν νευρώνα, από τη μια άκρη του έως την άλλη. Αργότερα ο Adrian κατέγραψε τα ηλεκτρικά σήματα από μεμονωμένους νευράξονες στο οπτικό νεύρο ενός φρύνου.
Ενίσχυσε τα σήματα έτσι ώστε να εμφανίζονται ως διδιάστατο γράφημα σε μια πρώιμη εκδοχή παλμογράφου. Έτσι ανακάλυψε ότι τα δυναμικά ενέργειας σε οποιονδήποτε νευρώνα διατηρούν σχετικά σταθερό μέγεθος, σχήμα και διάρκεια· είναι πάντα η ίδια σύντομη ώση. Διαπίστωσε επίσης ότι η απόκριση ενός νευρώνα σε ένα ερέθισμα είναι μια απόκριση του τύπου «όλον ή ουδέν» (όλα ή τίποτα) ― δηλαδή, είτε παράγεται ένα δυναμικό ενέργειας σε ολόκληρο το εύρος του είτε δεν παράγεται κανένα απολύτως. Από τη στιγμή που θα ξεκινήσει, το δυναμικό ενέργειας ταξιδεύει αδιάκοπα κατά μήκος του νευράξονα, μέχρι να φτάσει στη σύναψη (πράγμα που αποτελεί πραγματικό άθλο, φέρ’ ειπείν, σε μια καμηλοπάρδαλη, η οποία έχει νευράξονες που ξεκινούν από τον νωτιαίο μυελό και εκτείνονται αρκετά μέτρα μέχρι τους μυς στην άκρη του ποδιού της).
Το γεγονός ότι τα δυναμικά ενέργειας είναι συμβάντα τύπου «όλον ή ουδέν» εγείρει δύο ενδιαφέροντα ερωτήματα: Πρώτον, πώς ένας νευρώνας που αποκρίνεται σε αισθητικά ερεθίσματα ανιχνεύει διαφορές στην έντασή τους; Πώς, δηλαδή, κάνει τη διάκριση ανάμεσα σε ένα απαλό άγγιγμα και ένα δυνατό χτύπημα ή ανάμεσα σε ένα αμυδρό και ένα λαμπερό φως; Και, δεύτερον, άραγε οι νευρώνες που μεταφέρουν πληροφορίες από διαφορετικές αισθήσεις (όραση, αφή, γεύση, ακοή ή όσφρηση) χρησιμοποιούν διαφορετικούς τύπους σημάτων;
Ο Adrian διαπίστωσε ότι ένας νευρώνας «μεταφράζει» την ένταση του ερεθίσματος όχι μεταβάλλοντας την ισχύ ή τη διάρκεια των δυναμικών ενέργειας, αλλά τροποποιώντας τη συχνότητα με την οποία τα πυροδοτεί: Στην περίπτωση ενός αδύναμου ερεθίσματος το κύτταρο παράγει μόνο λίγα δυναμικά ενέργειας, ενώ στην περίπτωση ενός ισχυρού ερεθίσματος τα παράγει πολύ συχνότερα. Μάλιστα, παρακολουθώντας τη διάρκεια κατά την οποία πυροδοτούνται δυναμικά ενέργειας, ο Adrian μπορούσε να μετρήσει τη διάρκεια του ερεθίσματος που τα είχε προκαλέσει.
Ο Adrian συνέχισε καταγράφοντας τα δυναμικά ενέργειας νευρώνων από τα μάτια, το δέρμα, τη γλώσσα και τα αυτιά, για να διαπιστώσει αν παρουσίαζαν διαφορές. Ανακάλυψε ότι τα σήματα είναι παρόμοια, ασχέτως της προέλευσής τους ή του είδους της αισθητικής πληροφορίας που μεταφέρουν. Εκείνο που καθιστά διακριτή την όραση από την αφή, και τη γεύση από την ακοή, είναι η ιδιαίτερη νευρωνική οδός που μεταφέρει το σήμα και ο προορισμός της. Εν ολίγοις, κάθε τύπος αισθητικής πληροφορίας μεταφέρεται κατά μήκος της δικής του νευρωνικής οδού σε μια αντίστοιχη περιοχή του εγκεφάλου.
ΠΗΓΗ: https://antikleidi.com/2023/11/30/edgar-adrian-neurons/
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου