⚡ 活動電位の伝播

活動電位とは、電位依存性のナトリウムチャネルとカリウムチャネルが順に開閉することによって引き起こされる、膜電位の急速で自己伝播的な反転です。これはニューロンが長距離にわたって情報を伝達するために使う電気信号です。

これらは0から1の間のホジキン・ハクスリーの状態変数です:mはナトリウムチャネルの活性化、hはナトリウムチャネルの不活性化、nはカリウムチャネルの活性化を表します。これらの電圧依存の速度定数が組み合わさって、活動電位の現実的な形を再現します。

進行する波面のすぐ後ろでは、ナトリウムチャネルが不活性化されており(hがほぼゼロ)、不応帯が作られます。この絶対不応期が、インパルスが通過したばかりのコンパートメントを再び発火させることを防ぎ、前方のみへの伝播を強制します。

跳躍伝導とは、有髄軸索においてランビエ絞輪の間を活動電位が急速に「跳ぶ」現象です。ミエリンは節間部を絶縁するため、信号は節間部の間で受動的ではあるが速く減衰し、露出した絞輪でのみインパルスが再生されることで、軸索の大部分の長さを飛ばすことができます。

無髄軸索では、すべてのコンパートメントが能動的にスパイクを再生しなければならず、各点で時間がかかります。有髄軸索では、電流は絶縁された節間部を受動的にほぼ瞬時に広がるため、能動的な再生ステップは大きく離れた絞輪でのみ起こり、全体の伝導時間を劇的に短縮します。

これは、局所的な電位差によって駆動される、隣接する膜のパッチ間の細胞質を通るイオンの流れを表します。この局所回路電流が波面の前方にある隣接膜を脱分極させ、これがインパルスを伝播させる物理的なメカニズムです。

不応期とは、スパイクの後の短い間隔であり、ナトリウムチャネルが不活性化したままで、カリウムチャネルが開いたままであるため、コンパートメントが再び発火できない期間です。これは発火頻度の上限を設定し、活動電位が前方にのみ伝わることを保証します。

このシミュレーションは、脱分極波面(電圧が最初に閾値を超える点)が軸索に沿って一定の距離を移動するのにかかる時間を追跡し、移動距離を経過時間で割ることでライブの伝導速度表示を計算します。

注入された電流が、リーク電流とカリウム電流を上回るのに十分なナトリウムチャネルを開くために必要な閾値を下回っている場合、膜はわずかに脱分極するだけで、完全な再生的活動電位を発火することなく静止状態に戻ります。

ミエリンが損傷すると、節間部の膜が露出し、無髄組織のように能動的にスパイクを再生しなければならなくなり、また損傷した絶縁を通じて電流も漏れ出します。これらの両方の効果が伝導速度を遅くし、インパルスを完全に失敗させることもあります。