PS3Hermo

PS3 Ihmisen tiedonkäsittelyn perusteet
Markus Lajunen
Hermoimpulssi eli aktiopotentiaali
Piirrä opettajan johdolla kuvat hermoimpulssin etenemisestä
1.
•
KAIKKI solut ovat sähköisesti varautuneita
o sähköinen
varaus
solun
sisäpuolella
on
noin
70 millivolttia negatiivisempi kuin solun ulkopuolella
(-70 mV)
•
hermosolut ovat ainutlaatuisia, sillä ne pystyvät muuttamaan
hetkellisesti solun sisä- ja ulkopuolen sähköistä varausta
2.
•
sähköisen varauksen muuttaminen on mahdollista solukalvon
ionikanavien ja ionipumppujen ansiosta
o ionipumput
ja
-kanavat
ovat
proteiinirakenteita
solukalvolla ja muodostavat solukalvolle huokosia
•
ionipumput ja -kanavat säätelevät sähköisesti varautuneiden
ionien kulkua sulkemalla ja avaamalla huokosia
3.
•
yleisimmät ionit ovat positiivisesti varautuneet natrium ionit
(Na+) ja positiivisesti varautuneet kalium ionit (K+)
4.
•
jokainen ionikanava on valikoiva: päästävät vain tietynlaisia
ioneja lävitseen
1
PS3 Ihmisen tiedonkäsittelyn perusteet
Markus Lajunen
5.
•
ionipumput pitävät erilaiset ionit solukalvon sisä- tai
ulkopuolella
=>
epätasapainoinen
ionien
jakauma
=> hermosolun lepotila
6.
•
lepotilassa hermosolulla on solun ulkopuolella korkea
pitoisuus Na+ ioneja sisäpuolella vastaavasti alhainen
o solukalvo on toisin sanottuna polarisoitunut eli solun
ulkopuolella on positiivinen varaus ja sisäpuolella
negatiivinen varaus
7.
•
lepotilassa oleva hermosolu stimuloituu, kun sähköinen
tasapaino hermosolussa muuttuu
•
kun jännite on pudonnut tarpeeksi, Na+ kanavat aukeavat ja
Na+ ionit virtaavat solun sisälle: depolarsaatio
8.
•
depolarisaatiossa
solun
sisäpuoli
tulee
depolarisaation
kohdalla positiivisemmin varautuneeksi kuin ulkopuoli
2
PS3 Ihmisen tiedonkäsittelyn perusteet
Markus Lajunen
9.
•
viereiset Na+ kanavat reagoivat jännitteen putoamiseen ja
avaavat omat kanavansa => näin syntyy depolarisaatioiden
sarja ts. HERMOIMPULSSI eli AKTIOPOTENTIAALI
o impulssi etenee aksonilla sarjana
10.
•
kun Na+ ionit ovat virranneet solun sisälle (depolarisaatio)
Na+ ionikanavat sulkeutuvat
•
heti perään K+ ionikanavat aukeavat päästäen K+ ionit solun
ulkopuolelle
o jännitetila
palautuu
lepotilaa
voimakkaammaksi
(-90 mV): hyperpolarisaatio
11.
•
lopullisesti jännitetila palautuu ionipumppujen avulla, jotka
nopeasti
palauttavat
ionien
jakautumisen
hermosolun
lepotilaan (-70 mV)
Hermoimpulssin nopeus riippuu:
(1) aksonin paksuudesta ja siitä
(2) onko aksonin ympärillä myeliinivaippaa tai -tuppea
•
aktiopotentiaalin kulku kemiallissähköisenä tapahtumana on n. 1–10 m/s
•
myeliinitupen peittämällä aksonilla aktiopotentiaalin nopeus voi olla n. 100 m/s
3
PS3 Ihmisen tiedonkäsittelyn perusteet
Markus Lajunen
Synaptinen välittyminen – tiedonvälitys hermosolusta toiseen
Piirrä opettajan johdolla kuvat synaptisesta välittymisestä
1.
•
hermosolut
EIVÄT
ole
suoraan
yhteydessä
toisiinsa:
hermosolujen välissä on synaptinen rako
•
kun hermoimpulssi on kulkenut aksonin läpi ja saapuu
aksonin
päätehaaraan,
välittäjäaineet
synapsirakkuloissa
vapautuvat
kulkeutuvat
olevat
seuraavaan
hermosoluun
•
välittäjäaineet voivat joko lisätä tai vähentää seuraavan solun
jännitettä
•
synapseissa hermosolut yhdistyvät toisiinsa, jolloin viestit
välittyvät hermosolusta toiseen
2.
•
hermoimpulssi toimii ”kaikki tai ei mitään” -periaatteella
o hermoimpulssi
syntyy,
kun
kynnys
sähköisessä
jännitteessä ylittyy (-60 mV)
o hermoimpulssin
jännitekynnyksen
voimakkuus
ylityksen
on
aina
vakio:
suuruus
EI
vaikuta
hermoimpulssin voimakkuuteen
o jännitekynnyksen
alapuolelle
EIVÄT laukaise hermoimpulssia
4
jäävät
muutokset
PS3 Ihmisen tiedonkäsittelyn perusteet
Markus Lajunen
3.
•
välittäjäaineet
vapautuvat
vakiosuuruisina
annoksina
synaptiseen rakoon; synaptisen rakkulan koko on vakio
•
yksi
synapsi
harvoin
laukaisee
aktiopotentiaalia;
aktiopotentiaalin syntyminen vaatii useammasta synapsista
tulevan ”ryöpyn”
•
yksi hermosolu ottaa vastaan vaikutuksia sadoista synapseista
•
vaikutukset voivat olla joko kiihottavia (depolarisoivia) tai
ehkäiseviä (hyperpolarisoivia)
o hermosolun laukeamiseen vaikuttaa samanaikaisesti
kiihottavien ja ehkäisevien signaalien yhteismäärä
•
kiihottavat
välittäjäaineet
avaavat
Na+
kanavia
avaavat
K+
kanavia
=> depolarisoituminen
•
ehkäisevät
välittäjäaineet
=> hyperpolarisoituminen
Viestien välittyminen hermosolusta toiseen on monimutkainen prosessi
•
hermoimpulssin lopputulos ei aina ole sama: sama määrä välittäjäaineita ei aina
vapaudu synaptiseen rakoon
•
eri välittäjäaineet vaikuttavat erilaisilla tavoilla aktiopotentiaalin syntymiseen
(tärkeimmät välittäjäaineet listattuna kirjan sivulla 43)
•
hermoimpulssit summautuvat ajallisesti ja spatiaalisesti (myös sivu 43)
5
PS3 Ihmisen tiedonkäsittelyn perusteet
Markus Lajunen
Hermoverkkojen plastisuus
•
hermoverkkojen plastisuus eli muovautuvuus perustuu synaptisoitumiseen
•
oppimisessa hermosolujen välinen informaationkulku muuttuu
o tarpeelliset yhteydet vahvistuvat
o tarpeettomat yhteydet hiipuvat
Välittäjäaineiden vaikutuksen tarkkuus
4.
•
hermoverkkojen
plastisuuden
kannalta
välittäjäaineiden
vaikutuksen tulee olla tarkkaa ja täsmällistä, joka tapahtuu
pääosin kahdella tavalla
o (a) reuptake eli takaisinotto: välittäjäainetta vapauttanut
hermosolu imeyttää välittäjäaineen takaisin itseensä
=> välittäjäaineen vaikutus katkeaa => hermosolun ei
tarvitse valmistaa uutta välittäjäainetta
o (b) hajoaminen: vastaanottavan solun entsyymit hajottavat
välittäjäaineen => vaikutus lakkaa
•
välittäjäaine voi myös (c) ”eksyä” synaptisesta raosta pois
Reseptoreista
•
yleensä tietty välittäjäaine voi kiinnittyä vain tietynlaiseen vastaanottavaan
rakenteeseen solukalvolla: reseptori
•
välittäjäaineiden kiinnittymistä reseptoriin kuvataan avain-lukko -mallilla (s. 41)
•
välittäjäaineen
tulee
kiinnittyä
reseptoriin,
jotta
sillä
olisi
vaikutusta
vastaanottavaan hermosoluun
•
myös reseptorit vaikuttavat siihen, miten välittäjäaineet vaikuttavat
o sama välittäjäaine voi toimia päinvastaisesti riippuen reseptoreista
6