FUNGSI SISTEM SYARAF

Pada tingkat yang paling dasar, fungsi sistem saraf adalah mengirimkan sinyal dari satu sel kepada orang lain, atau dari satu bagian dari tubuh kepada orang lain. Ada dua cara dasar bahwa sebuah sel dapat mengirim sinyal ke sel lain. Yang paling sederhana adalah dengan melepaskan zat kimia yang disebut hormon ke dalam sirkulasi internal, sehingga mereka dapat menyebar ke tempat yang jauh. Berbeda dengan mode ini "siaran" dari sinyal, sistem saraf menyediakan "point-to-point" sinyal-proyek akson neuron mereka ke wilayah target tertentu dan membuat koneksi sinaptik dengan sel target tertentu. Dengan demikian, sinyal saraf mampu tingkat yang jauh lebih tinggi dari kekhususan dari sinyal hormonal. Hal ini juga lebih cepat: sinyal saraf tercepat perjalanan pada kecepatan yang melebihi 100 meter per detik.

Pada tingkat yang lebih integratif, fungsi utama dari sistem saraf adalah untuk mengendalikan tubuh. Karena konsistensi ini, sel-sel glutamatergic yang sering disebut sebagai "neuron rangsang", dan sel-sel GABAergic sebagai "neuron inhibisi". Sebenarnya ini adalah penyalahgunaan istilah-itu adalah reseptor yang rangsang dan penghambatan, bukan neuron-tapi biasanya terlihat bahkan dalam publikasi ilmiah.

Salah satu subset yang sangat penting dari sinapsis mampu membentuk jejak memori dengan cara perubahan aktivitas-tergantung tahan lama dalam kekuatan sinaptik. Bentuk paling terkenal memori syaraf adalah proses yang disebut potensiasi jangka panjang (disingkat LTP), yang bekerja pada sinaps yang menggunakan neurotransmitter glutamat yang bekerja pada tipe khusus dari reseptor yang dikenal sebagai reseptor NMDA. Reseptor NMDA memiliki "asosiatif" properti: jika dua sel yang terlibat dalam sinaps keduanya diaktifkan pada sekitar saat yang sama, saluran terbuka yang memungkinkan kalsium mengalir ke dalam sel target. Masuknya kalsium memulai kaskade utusan kedua yang akhirnya mengarah pada peningkatan jumlah reseptor glutamat dalam sel target, sehingga meningkatkan kekuatan efektif sinaps. Perubahan dalam kekuatan dapat berlangsung selama beberapa minggu atau lebih lama. Sejak penemuan LTP tahun 1973, jenis lain dari jejak memori sinaptik telah ditemukan, melibatkan kenaikan atau penurunan kekuatan sinaptik yang diinduksi oleh kondisi yang berbeda-beda, dan terakhir untuk periode variabel waktu. Semua bentuk modifiability sinaptik, diambil secara kolektif, menimbulkan plastisitas saraf, yaitu, kemampuan untuk sistem saraf untuk menyesuaikan diri dengan variasi lingkungan.

Sirkuit dan sistem saraf

Fungsi saraf dasar mengirimkan sinyal ke sel lain mencakup kemampuan untuk neuron untuk sinyal pertukaran dengan satu sama lain. Jaringan yang dibentuk oleh kelompok-kelompok yang saling neuron mampu berbagai fungsi, termasuk deteksi fitur, generasi pola, dan waktu. Pada kenyataannya, sulit untuk menentukan batas-batas jenis pengolahan informasi yang dapat dilakukan oleh jaringan syaraf: Warren McCulloch dan Walter Pitts pada tahun 1943 menunjukkan bahwa bahkan jaringan terbentuk dari abstraksi matematika sangat sederhana dari neuron mampu perhitungan universal . Charles Sherrington, dalam bukunya yang berpengaruh 1906''Aksi Integratif dari''Sistem Saraf, mengembangkan konsep mekanisme stimulus-respon dalam lebih detail, dan Behaviorisme, sekolah pemikiran yang mendominasi Psikologi melalui pertengahan abad ke-20 , berusaha untuk menjelaskan setiap aspek perilaku manusia dalam hal stimulus-respon.

Namun, penelitian eksperimental elektrofisiologi, dimulai pada awal abad 20 dan mencapai produktivitas yang tinggi oleh 1940-an, menunjukkan bahwa sistem saraf berisi berbagai mekanisme untuk menghasilkan pola aktivitas intrinsik, tanpa memerlukan stimulus eksternal. Neuron ditemukan mampu menghasilkan urutan teratur potensi tindakan, atau urutan semburan, bahkan di isolasi lengkap. Ketika neuron intrinsik aktif saling terhubung satu sama lain di sirkuit kompleks, kemungkinan untuk menghasilkan pola-pola temporal rumit menjadi jauh lebih luas.

Refleks dan stimulus-respons sirkuit

Jenis paling sederhana dari sirkuit saraf adalah busur refleks, yang dimulai dengan masukan sensorik dan berakhir dengan output motor, melewati urutan neuron di antaranya. Sebagai contoh, mempertimbangkan "penarikan refleks" menyebabkan tangan untuk kembali brengsek setelah kompor panas disentuh. Rangkaian ini dimulai dengan reseptor sensorik di kulit yang diaktifkan oleh tingkat berbahaya panas: tipe khusus struktur molekul tertanam dalam membran menyebabkan panas untuk menghasilkan medan listrik melintasi membran. Jika perubahan potensial listrik cukup besar, hal itu membangkitkan suatu potensial aksi, yang ditransmisikan sepanjang akson sel reseptor, ke saraf tulang belakang. Ada akson membuat kontak sinaptik rangsang dengan sel lain, beberapa di antaranya proyek untuk daerah yang sama dari sumsum tulang belakang, yang lain memproyeksikan ke otak. Salah satu target adalah seperangkat interneuron tulang belakang bahwa proyek untuk motor neuron mengendalikan otot lengan. Para interneuron merangsang motor neuron, dan jika eksitasi cukup kuat, beberapa motor neuron menghasilkan tindakan potensi, yang perjalanan ke akson mereka ke titik di mana mereka membuat kontak sinaptik rangsang dengan sel otot. Sinyal rangsang menginduksi kontraksi sel otot, yang menyebabkan sudut bersama dalam lengan berubah, menarik lengan menjauh.

Pada kenyataannya, skema ini straightfoward dikenakan berbagai komplikasi. Meski untuk refleks sederhana ada jalur saraf singkat dari neuron sensorik ke neuron motor, ada juga neuron terdekat lain yang berpartisipasi dalam sirkuit dan memodulasi respon. Selain itu, ada proyeksi dari otak ke sumsum tulang belakang yang mampu meningkatkan atau menghambat refleks.

Meskipun refleks sederhana ini dimediasi oleh sirkuit berbaring sepenuhnya di dalam sumsum tulang belakang, tanggapan yang lebih kompleks mengandalkan pemrosesan sinyal di otak. Perhatikan, misalnya, apa yang terjadi ketika sebuah objek di pinggiran bergerak bidang visual, dan seseorang tampak ke arah itu. Respon sensorik awal, di retina mata, dan respon motor terakhir, dalam inti oculomotor otak batang, tidak semua yang berbeda dalam refleks sederhana, namun tahap-tahap peralihan yang sama sekali berbeda. Alih-alih rantai satu atau dua langkah pengolahan, sinyal visual melalui tahap lusin mungkin integrasi, yang melibatkan thalamus, korteks serebral, ganglia basal, colliculus unggul, otak kecil, dan beberapa nukleus batang otak. Daerah ini melakukan fungsi pemrosesan sinyal yang mencakup fitur deteksi, analisis persepsi, daya ingat, pengambilan keputusan, dan perencanaan motor.

Fitur deteksi adalah kemampuan untuk mengekstrak informasi yang relevan secara biologis dari kombinasi sinyal sensorik. Dalam sistem visual, misalnya, reseptor sensorik di retina mata hanya individu mampu mendeteksi "titik cahaya" di dunia luar. Kedua neuron visual tingkat menerima masukan dari kelompok reseptor primer, lebih tinggi tingkat neuron menerima input dari kelompok neuron tingkat kedua, dan seterusnya, membentuk hirarki tahapan proses. Pada setiap tahap, informasi penting diekstrak dari ansambel sinyal dan informasi tidak penting dibuang. Pada akhir proses, masukan sinyal merupakan "titik cahaya" telah berubah menjadi representasi saraf benda di dunia sekitarnya dan sifat mereka. Pengolahan sensorik paling canggih terjadi di dalam otak, tapi ekstraksi fitur kompleks juga terjadi di sumsum tulang belakang dan organ sensoris perifer seperti retina.

Intrinsik pola generasi

Meskipun mekanisme stimulus-respon yang paling mudah untuk memahami, sistem saraf juga mampu mengendalikan tubuh dalam cara-cara yang tidak memerlukan stimulus eksternal, dengan cara irama internal kegiatan. Karena berbagai saluran ion tegangan-sensitif yang dapat tertanam dalam membran neuron, banyak jenis neuron yang mampu, bahkan di isolasi, menghasilkan urutan berirama potensi tindakan, atau pergantian rhymthic antara tinggi tingkat meledak dan quiessence . Ketika neuron yang secara intrinsik berirama saling terhubung satu sama lain dengan sinapsis rangsang atau penghambatan, jaringan yang dihasilkan mampu berbagai perilaku dinamis, termasuk dinamika attractor, periodisitas, dan bahkan kekacauan. Sebuah jaringan neuron yang menggunakan struktur internal untuk menghasilkan output temporal terstruktur, tanpa memerlukan stimulus temporal terstruktur yang sesuai, disebut generator pola sentral.

generasi pola Internal beroperasi pada berbagai skala waktu, dari milidetik untuk jam atau lebih lama. Salah satu tipe yang paling penting dari pola temporal adalah sirkadian rhythmicity-yaitu, rhythmicity dengan jangka waktu sekitar 24 jam. Semua binatang yang telah dipelajari menunjukkan fluktuasi sirkadian dalam kegiatan saraf, yang mengendalikan pergantian sirkadian dalam perilaku seperti siklus tidur-bangun. Studi eksperimental yang berasal dari tahun 1990-an telah menunjukkan bahwa ritme sirkadian dihasilkan oleh sebuah "jam genetik" yang terdiri dari satu set khusus level ekspresi gen yang naik dan turun selama hari. Hewan yang beragam seperti serangga dan vertebrata berbagi sistem jam yang sama genetik. Jam sirkadian dipengaruhi oleh cahaya tetapi terus beroperasi bahkan ketika tingkat cahaya tetap konstan dan tidak ada isyarat lain waktu-dari-hari eksternal yang tersedia. Gen Jam disajikan dalam banyak bagian dari sistem saraf serta organ banyak peripheral, namun pada mamalia semua "jam jaringan" disimpan selaras dengan sinyal yang berasal dari pencatat waktu master di bagian kecil dari otak yang disebut suprachiasmatic inti.