Keresés

Hú de rég volt már #agyséta. Kicsit elhanyagoltam a sok esemény hatására, hogy az agyműködést bemutató útvonalon haladjunk.Nos, túl vagyunk azon, hogyan alakultak ki az idegsejtek, hogyan fogadják, összegzik és adják tovább az ingerületet, illetve remélhetőleg megemésztettük azt is, hogyan lehet működésüket egyszerű egyenletekkel leírni és ezáltal számítógéppel modellezni. De, mint majd látjuk a most induló minisorozatban, az agy és benne az idegsejtek ennél jóval bonyolultabbak. Körülbelül ott tartunk, hogy elmagyaráztuk hogyan működik és hogy néz ki egy korábbi korszak népautója a Trabant. Ha ennél a hasonlatnál maradunk agyunk valós idegsejtjei inkább egy önvezető, szépen megtervezett, kifinomult autóra hasonlítanak, a világra kiterjedő kommunikációs és szervízhálózattal, autómentő villámszolgálattal.

Tehát, ahhoz hogy afrikai őseink 4 millió évvel ezelőttől a táplálékban szegény szavannán meg tudjanak élni, mindenevőkké kellett válniuk és ezért nagyobb agyra volt szükségük. Az agynak pedig sok energiára, táplálékra van szüksége és hőleadása miatt nagyon kell hűteni! Itt van egy körkörösség, mert ugye a több táplálékhoz nagyobb agy kell, annak meg több táplálék. De a két dolgot szépen összecsiszolta az evolúció. A gyümölcsökben sok a cukor, sok az energia. De ugye az már nincs… Ezért őseink rákaptak az állati fehérjére és még inkább az állati zsiradékra. Ennek megszerzése persze megint nagyobb agyat igényel 😊.

A sok kemény tény után lazítunk egyet egy mesélősebb résszel. Agyunk a testméretünkhöz képest a többi élőlényhez viszonyítva hatalmas (bár a Neandervölgyi embernek térfogatra nagyobb volt). Ráadásul nem csak hatalmas, hanem energiazabáló is. Egy ember nyugalomban 100W energiát használ, kb. mint egy erős régimódi villanykörte, vagy mondjuk egy lakás teljes LEDes kivilágítása. Ezt hő formájában adjuk le a környezetünknek, ugyanúgy, mint laptopunk. Ezért van az, hogy egy nagy előadótermet, amiben sok ember van nem fűteni, hanem hűteni kell. 10 ember 1kW, 100 ember 10kW (mint 3 keményen dolgozó villanyradiátor). Ha nekiállunk sportolni hőleadásunk felmehet 3-400W-ra is.

Az #agyséta előző cikkeiben egyszerűen, majd részletekbe menően is átvettük, hogy egy biológiai idegsejt hogyan összegzi a rá érkező ingerületeket és a kiváltott válasz jel hogyan terjed. Most azt mutatom be hogyan lehet egyszerű matematikai leírását adni egy idegsejt jelintegrációjának. Sajnos sokan ódzkodnak a matematikától, pedig tudni kell, a matematikus alapjában lusta, mindig a legegyszerűbb leírását próbálja adni egy problémának. Sokan ott buknak el, hogy ehhez a matematikus a saját nyelvét, a képletekkel leírt egyenleteket használja.

Az idegsejtekből induló dróton, az axonon a jel egy 2msec-ig tartó 80mV-os feszültségugrás formájában terjed. Ez úgy alakul ki, hogy amikor a sejtesten a membránpotenciál értéke (a serkentés eredményeként beáramló Na+ és Ca2+ ionok hatására) kellően pozitívvá válik (tüzelési küszöb ~45mV), akkor feszültségre érzékeny Na-csatornák nyílnak meg és a Na+ ionok elkezdenek egyensúlyi potenciáljuk (+20mV) irányába áramlani, azaz beáramlanak a sejtbe, pozitívvá teszik azt.

Ha az idegsejtek csak jeleket továbbítanának, mint egy hálózati kábel, nem sok érdekeset csinálnának, a túlélést nemigen segítenék elő, mint ahogy a hálózati kábelen küldött zokni megrendelés sem válik útközben szerelmesverssé. Az idegsejtek funkciójuk szempontjából legfontosabb tulajdonsága, hogy összegzik a rájuk érkező jeleket és ezáltal egyszerű számítási feladatok elvégzésére képesek.

rovat: #agyséta Az idegsejtek közötti jelátadási procedúra az eddigiek alapján feleslegesen bonyolultnak tűnhet. Joggal kérdezhetné meg az Olvasó, hogy minek ez az egész elektromos jelből kémiai, majd vissza jelátadás? Miért is nem elektromosan kommunikálnak az idegsejtek?

Folytatjuk a durva részt. A membránpotenciál kialakulásánál vannak még bonyolultabb dolgok, ugyanis a sejthártyában található csatornák és pumpák képesek megváltoztatni egyrészt az egyes ionok esetében a sejthártya átjárhatóságát, másrészt a koncentráció különbség ellenébe is képesek ionokat szállítani (meg is teszik, hiszen a sejtek belsejében pontosan meghatározott ionkoncentrációkat kell beállítani a finnyás fehérjék miatt). Szerencsére a fizikusok kitalálták hogyan lehet viszonylag egyszerűen számolni a membránpotenciált.

Kicsit el kell merüljünk abban is, hogy pontosan mik az ionáramok és a feszültségek, amelyek a sejthártyán folynak és kialakulnak, majd összegződnek. Tengerből jöttünk (az ősóceánban alakultak ki az első sejtek) és tengervízből vagyunk. Testünk sejtjeiben a Na+, K+, Ca2+ és Cl- ionok hasonló sűrűségben (koncentráció) találhatók meg, mint az ősóceánban, hiszen az első óriásmolekulák (makromolekulák) a fehérjék és a nukleinsavak ott alakultak ki és megfelelő működésükhöz ezekre az ionokra van szükségük megfelelő koncentrációban.

Itt az ideje, hogy visszatérjünk a sok technika után az agyműködésről szóló #agyséta szálra. A leges-legalapabb idegtudományi tudnivalókat foglalom ma össze: Hogyan összegzik az idegrendszer alap építőkövei az idegsejtek a rájuk érkező jeleket és hogyan válaszolnak rájuk?