Bab 1 Sel saraf dan Impuls Saraf

Sel saraf dan Impuls Saraf

1. 1 Sel-Sel Sistem Saraf

A. Neuron dan Glia  

Sistem saraf terdiri dari dua jenis sel yaitu neuron dan glia. Neuron berfungsi menerima informasi dan mengirimkannya ke sel lain. Pada otak manusia dewasa terdapat sekitar 100 miliar neuron, yang dimana jumlah ini bervariasi dari orang ke orangnya.

• Struktur Sel Hewan

     Permukaan sel atau membran plasma adalah struktur yang memisahkan bagian dalam sel dari lingkungan luar. Sebagian besar bahan kimia tidak dapat melewati membran, tetapi saluran protein dalam membran memungkinkan aliran terkontrol air, oksigen, natrium, kalium, kalsium, klorida, dan bahan kimia penting lainnya. Semua sel hewan memiliki inti struktur yang mengandung kromosom. Mitokondria adalah struktur yang melakukan aktivitas metabolisme, menyediakan energi yang digunakan sel untuk semua aktivitas. Mitokondria membutuhkan bahan bakar dan oksigen. Ribosom adalah situs di mana sel mensintesis molekul protein baru. 

Source: https://katalogue.id/edukasi/inilah-pengertian-bagian-dan-fungsi-sel-hewan/ 

• Struktur Neuron

Neuron mempunyai ciri khas yaitu bentuknya yang sangat bervariasi dari satu neuron ke neuron lainnya. Tidak seperti kebanyakan sel tubuh lainnya, neuron memiliki ekstensi percabangan yang panjang. Neuron yang lebih besar memiliki dendrit, soma (badan sel), akson, dan terminal prasinaps. Sedangkam neuron terkecil kekurangan akson dan beberapa kekurangan dendrit yang terdefinisi dengan baik. 

Source: https://id.wikipedia.org/wiki/Sel_saraf 

Saraf motoric dengan somanya (badan sel) di sumsum tulang belakang yang menerima eksitasi melalui dendritnya dan menghantarkan impuls di sepanjang aksonnya ke otot. 

Source: https://www.thepartnershipineducation.com/resources/nervous-system  

Sedangkan, saraf sensorik khusus di salah satu ujungnya menjadi sangat sensitif terhadap jenis rangsangan tertentu, seperti cahaya, suara, atau sentuhan. Neuron sensorik melakukan informasi sentuhan dari kulit ke sumsum tulang belakang. Cabang-cabang kecil memimpin langsung dari reseptor ke aksondan soma sel terletak di tangkai kecil dari batang utama.

Dendrit adalah serat bercabang yang semakin menyempit di dekat ujungnya. Dendrit berasal dari akar kata Yunani yang berarti "pohon." Sebuah dendrit bercabang seperti pohon. Permukaan dendrit dilapisi dengan khusus reseptor sinaptik, di mana dendrit menerima informasi dari neuron lain. Semakin besar luas permukaan dendrit, semakin banyak informasi yang dapat diterimanya. Banyak dendrit mengandung duri dendritik, kemudian terjadilah pertumbuhan pendek yang meningkatkan luas permukaan yang tersedia untuk sinapsis.

Banyak dendrit dilapisi dengan duri, hasil pendek yang menerima informasi yang masuk. Sumber: Dari KM Harris dan JK Stevens, Society for Neuroscience, "Duri Dendritik Sel Piramida CA1 di Hippocampus Tikus: Mikroskop Elektron Serial dengan Referensi ke Karakteristik Biofisiknya."Jurnal Ilmu Saraf, 9 (1989).

Badan sel, atau Soma berisi nukleus, ribosom, dan mitokondria. Sebagian besar kerja metabolisme neuron terjadi di sini. Badan sel neuron berdiameter berkisar dari 0,005 milimeter (mm) hingga 0,1 mm pada mamalia dan hingga satu milimeter pada invertebrata tertentu. Seperti dendrit, badan sel ditutupi dengan sinapsis pada permukaannya di banyak neuron.

Akson adalah serat tipis dengan diameter konstan. Akson menyampaikan impuls ke neuron lain, organ, atau otot. Panjang akson mencapai lebih dari satu meter, seperti dalam kasus akson dari sumsum tulang belakang ke kaki kamu. Artinya, panjang akson sangat besar dibandingkan dengan lebarnya — contohnya seperti jalan raya sempit melintasi benua. Banyak akson vertebrata ditutupi dengan bahan isolasi yang disebut selubung mielin dengan interupsi yang dikenal sebagai simpul Ranvier (RAHN-vee-ay). Akson invertebrata tidak memiliki selubung mielin. Akson memiliki banyak cabang, yang masing masing membengkak di ujungnya, membentuk terminal prasinaptik, juga dikenal sebagai bola lampu akhir atau tombol (Prancis untuk "tombol"). Pada saat itu akson melepaskan bahan kimia yang melintasi persimpangan antara satu neuron dan yang berikutnya. Sebuah neuron dapat memiliki banyak dendrit, tetapi hanya satu akson. Namun, akson mungkin memiliki cabang.

Istilah lain yang terkait dengan neuron adalah aferen, eferen, dan hakiki. Sebuah akson aferen membawa informasi ke dalam struktur; sebuah akson eferen membawa informasi menjauh dari suatu struktur. Setiap neuron sensorik adalah aferen ke seluruh sistem saraf, dan setiap neuron motorik adalah eferen dari sistem saraf. Dalam sistem saraf, neuron yang diberikan adalah eferen dari satu struktur dan aferen ke yang lain. Misalnya, akson mungkin eferen dari talamus dan aferen ke korteks serebral. Jika dendrit dan akson sel seluruhnya terkandung dalam satu struktur, sel adalah interneuron atau neuron intrinsik dari struktur itu. Misalnya, neuron intrinsik talamus memiliki akson dan semua dendritnya di dalam talamus.

• Variasi di Antara Neuron

Neuron sangat bervariasi dalam ukuran, bentuk, dan fungsi. Bentuk neuron menentukan hubungannya  dengan sel lain dan dengan demikian menentukan fungsinya. Misalnya, dendrit sel Purkinje yang bercabang luas di serebelum (lihat Gambar A ) memungkinkannya menerima masukan dari hingga 200.000 neuron lain. Sebaliknya, neuron bipolar di retina (lihat Gambar D ) hanya memiliki cabang pendek, dan beberapa menerima input dari sedikitnya dua sel lain.

• Glia

Glia (atau neuroglia), komponen lain dari sistem saraf, melakukan banyak fungsi. Syarat glia, berasal dari kata Yunani yang berarti "lem”,  mencerminkan gagasan peneliti awal bahwa glia seperti lem yang menyatukan neuron (Somjen, 1988). Meskipun konsep itu sudah usang, istilah tetap. Glia lebih kecil tetapi lebih banyak daripada neuron. 

Otak memiliki beberapa jenis glia. berbentuk bintanga strosit membungkus terminal prasinaps dari sekelompok akson yang terkait secara fungsional. Dengan mengelilingi sinapsis antar neuron, astrosit melindunginya dari bahan kimia yang beredar di sekitarnya. Juga, dengan mengambil ion yang dilepaskan oleh akson dan kemudian melepaskannya kembali, astrosit membantu menyinkronkan aktivitas akson, memungkinkan mereka mengirim pesan dalam gelombang. Astrosit juga memandu pembentukan dan eliminasi sinapsis. Mereka menghilangkan bahan limbah yang dibuat ketika neuron mati dan mengontrol jumlah aliran darah ke setiap area otak. 

Fungsi tambahan adalah bahwa selama periode aktivitas tinggi di beberapa area otak, astrosit melebarkan pembuluh darah untuk membawa lebih banyak nutrisi ke daerah itu. Kemungkinan peran dalam pemrosesan informasi kurang pasti. Menurut hipotesis populer yang dikenal sebagai sinapsis tripartit, ujung akson terlepas bahan kimia yang menyebabkan astrosit tetangga melepaskan bahan kimianya sendiri, sehingga memperbesar atau memodifikasi pesan ke neuron berikutnya. Namun, bukti untuk ide ini didasarkan pada beberapa asumsi yang tidak pasti, dan tetap kontroversial. Sel kecil yang disebut mikroglia bertindak sebagai bagian dari sistem kekebalan tubuh, menghilangkan bahan limbah, virus, dan jamur dari otak. Mereka berkembang biak setelah kerusakan otak dan di sebagian besar penyakit otak. 

Mikroglia diperlukan untuk kelangsungan hidup neuron tertentu di awal kehidupan. Mereka juga berkontribusi untuk belajar dengan menghapus sinapsis terlemah. Oligodendrosit (OL-i-go-DEN-druhsites) di otak dan sumsum tulang belakang dansel Schwanndi pinggiran tubuh membangun selubung mielin yang mengelilingi dan melindungi akson vertebrata tertentu. Mereka juga memasok akson dengan nutrisi yang diperlukan untuk fungsinya. Glia radial memandu migrasi neuron dan akson dan dendritnya selama perkembangan embrionik. Ketika perkembangan embriologis selesai, sebagian besar glia radial berdiferensiasi menjadi neuron, dan sejumlah kecil berdiferensiasi menjadi astrosit dan oligodendrosit.

• Bentuk beberapa sel glia

Oligodendrosit menghasilkan selubung mielin yang menyekat akson vertebrata tertentu di sistem saraf pusat; Sel Schwann memiliki fungsi serupa di perifer. Oligodendrosit ditunjukkan di sini membentuk segmen selubung mielin untuk dua akson; kenyataannya, setiap oligodendrosit membentuk segmen seperti itu untuk 30 hingga 50 akson. Astrosit melewati bahan kimia bolak-balik antara neuron dan darah dan di antara neuron tetangga. Mikroglia berkembang biak di area kerusakan otak dan menghilangkan bahan beracun. Glia radial (tidak ditampilkan di sini) memandu migrasi neuron selama perkembangan embriologis. Glia memiliki fungsi lain juga.

• Bagaimana astrosit menyinkronkan akson terkait.

Cabang-cabang astrosit (di tengah) mengelilingi terminal prasinaps dari akson terkait. Jika beberapa dari mereka aktif sekaligus, astrosit menyerap beberapa bahan kimia yang mereka lepaskan. Kemudian untuk sementara menghambat semua akson yang itu terhubung. Ketika penghambatan berhenti, semua akson siap untuk merespon lagi secara sinkron.

B. Sawar Darah Otak

Otak seperti organ lainnya, perlu nutrisi dari darah tetapi ada beberapa bahan kimia tidak dapat menyebrang dari darah ke otak (Hagenbuch, Gao, & Meier, 2002). Blood–brain barrier yaitu mekanisme yang sebgaian besar mengeluarkan bahan kimia dari otak vertebrata.

• Mengapa kita Membutuhkan Sawar Darah-Otak?

Ketika virus menyerang sel, mekanisme di dalam sel mengeluarkan partikel virus melalui membran sehingga sistem kekebalan dapat menemukannya. Rencana ini bekerja dengan baik jika sel yang terinfeksi virus, dengan mudah diganti oleh tubuh. Pengecualian karena otak vertebrata tidak dapat mengganti neuron yg rusak. Dalam meminimalkan resiko kerusakan otak yang tidak dapat diperbaiki, tubuh membangun dinding di sepanjang sisi pembuluh darah otak.

Dalam beberapa kasus saat virus melewati sawar darah-otak. Mikroglia lebih efektif melawan virus tertentu lainnya, meningkatkan respons inflamasi yang melawan virus tanpa membunuh neuron (Ousman & Kubes, 2012), dibandingkan dengan Spirochete. Namun, respons ini dapat mengendalikan virus tanpa menghilangkannya sama sekali, seperti virus cacar air memasuki sel sumsum tulang belakang. Dan memungkinkan virus muncul dari sumsum tulang belakang beberapa dekade kemudian, menyebabkan kondisi menyakitkan yang disebut herpes zoster. Juga herpes genital menghasilkan sedikit kerusakan di sana tetapi muncul secara berkala untuk menyebabkan infeksi genital baru.

• Cara kerja Penghalang Darah–Otak

Sawar darah-otak bergantung pada sel endotel yang membentuk dinding kapiler (Bundgaard, 1986; Rapoport & Robinson, 1986). Di luar otak, sel-sel semacam itu dipisahkan oleh celah-celah kecil, tetapi di dalam otak, mereka bergabung begitu erat sehingga menghalangi virus, bakteri, dan bahan kimia berbahaya lainnya agar tidak lewat. Hanya otak yang memiliki mekanisme khusus untuk membawa bahan kimia ini melintasi penghalang darah-otak agar otak berfungsi.

Molekul kecil yang tidak bermuatan melintas dengan bebas. Seberapa cepat suatu obat bekerja sebagian tergantung pada seberapa mudah obat itu larut dalam lemak dan oleh karena itu melintasi sawar darah-otak.

Untuk beberapa bahan kimia lain, otak menggunakan transpor aktif, proses yang dimediasi protein yang mengeluarkan energi untuk memompa bahan kimia dari darah ke otak. Bahan kimia yang secara aktif diangkut ke otak termasuk glukosa (bahan bakar utama otak), asam amino (bahan penyusun protein), purin, kolin, beberapa vitamin, zat besi, dan hormon tertentu. Penghalang darah-otak memiliki peran penting untuk kesehatan seperti untuk Alzheimer ataupun kekurangan untuk kesehatan seperti dalam kasus kanker otak.

                                         

                        Sawar darah-otak

                            Sebagian besar molekul besar dan molekul bermuatan listrik tidak dapat menyeberang dari                             darah ke otak. Beberapa molekul kecil yang tidak bermuatan seperti O2 dan CO2                             mudah bersilangan, seperti halnya molekul-molekul tertentu yang larut dalam                             lemak. Sistem transpor aktif memompa glukosa dan asam amino melintasi membran.

C. Nutrisi Neuron Vertebrata

Sebagian besar sel menggunakan berbagai karbohidrat dan lemak untuk nutrisi, tetapi neuron vertebrata hampir seluruhnya bergantung pada glukosa, gula, yang menyebabkannya membutuhkan pasokan oksigen stabil. Glukosa dibutuhkan karena satu-satunnya nutrisi yang melintasi penghalang darah-otak dalam jumlah besar. Serta satu-satunya masalah yang mungkin terjadi adalah ketidakmampuan untuk menggunakan glukosa.

1. 2 Impuls Saraf

Coba pikirkan tentang akson yang menyampaikan informasi dari reseptor sentuhan kaki , ke sumsum tulang belakang dan kemudian otak . Akson adalah bagian neuron yang berfungsi menghantarkan impuls (rangsangan) dari akson ke sel neuron yang lain menuju saraf pusat yang nanti akan direspon menjadi suatu gerakan. Jika akson menggunakan konduksi listrik pasti dapat mentransfer informasi dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya namun di tubuh kita terbuat dari senyawa air dan karbon bukan kawat tembaga kekuatan impuls akan meluruh dengan sangat cepat.

  Sentuhan di bahu akan lebih terasa kuat daripada sentuhan di perut orang pendek akan merasakan jari kaki lebih kuat daripada orang tinggi. Akson ini benar-benar berfungsi, lagi-lagi akson menghantarkan impuls listrik, akson meregenerasi impuls di setiap. (Adapun bayangkan antrian panjang orang berpegangan tangan orang pertama meremas tangan orang kedua dan kemudian orang kedua meremas tangan orang ketiga dan seterusnya).

  Impuls berjalan sepanjang garis tanpa lemah karena setiap orang yang melakukannya itu akan membangkitkannya kembali. Meskipun metode transmisi impuls akson mencegah sentuhan pada bahu agar tidak terasa lebih kuat daripada sentuhan pada jari kaki metode ini menimbulkan sebuah permasalahan: dikarenakan akson mengirimkan informasi hanya pada kecepatan sedang namun sentuhan di bahu untuk mencapai ke otak lebih cepat dari sentuhan pada jari kaki. Dan tentu otak tidak diatur untuk mencatat perbedaan kecil dalam waktu kedatangan pesan sentuhan. 

Namun dalam penglihatan, bagaimana lagi otak anda perlu tahu dimulainya satu stimulus sebelum atau sesudah yang lainnya. Contohnya jika ada 2 titik yang berdekatan dimata dan mengirimkan impuls pada waktu yang bersamaan, perbedaan waktu yang sangat kecil diantara keduanya akan memberitahu kepada otak , Apakah cahaya berpindah dari A ke B atau dari B ke A. 

Dan untuk mendeteksi gerakan seakurat mungkin, sistem visual akan mengkompensasi fakta bahwa ada beberapa bagian retina lebih dekat ke otak daripada bagian lain. Dan yang mencegah ilusi ini adalah kenyataan bahwa akson dari bagian yang lebih jauh dari retina akan mengirimkan impuls sedikit lebih cepat daripada yang lebih dekat otak.( Stanford 1987).
Secara singkatnya sifat konduksi impuls dalam akson disesuaikan dengan kebutuhan untuk transfer informasi. 

A. Potensi Istirahat dari Neuron

Semua bagian neuron ditutupi oleh membran dengan ketebalan sekitar 8 nm , lapisan molekul fosfolipid yang mengandung rantai asam lemak dan fosfat. Diantara fosfolipid ada molekul protein silindris yang dilalui berbagai bahan kimia. Struktur membran dan protein mengontrol aliran bahan kimia antara bagian dalam atau luar sel. 

Saat istirahat membran mempertahankan gradien listrik atau juga bisa dikenal polarisasi perbedaan muatan listrik antara bagian dalam dan luar sel. Neuron di dalam membran memiliki potensial listrik yang sedikit negatif terhadap bagian luar terutama karena protein bermuatan negatif didalam sel perbedaan tegangan ini disebut potensi istirahat.

• Gaya yang Bekerja Pada Ion Natrium dan Kalium

Jika ion bermuatan dapat mengalir bebas melintasi membran dan membran akan terdepolarisasi. Namun membran disini adalah selektif permeabel atau artinya beberapa bahan kimia melewatinya lebih bebas daripada yang lain. Oksigen karbondioksida Urea dan air melintas dengan bebas melalui saluran yang selalu terbuka. Dan ion biologi termasuk natrium kalium kalsium dan klorida melintas pada saluran membran yang kadang terbuka ataupun tertutup. Dan disini ketika membran istirahat saluran natrium dan kalium ditutup sehingga tidak ada aliran natrium dan hanya sedikit aliran kalium. 

Pompa natrium kalium, Kompleks protein akan berulang kali mengangkut 3 ion natrium keluar sel sambil menarik dua ion kalium ke dalamnya. Pompa natrium        kalium bisa disebut transpor aktif yang membutuhkan energi dan akan menghasilkan natrium potasium. Pompa natrium kalium efektifnya hanya permeabilitas atau mencegah ion natrium yang dipompa keluar dari neuron bocor kembali ketika ion natrium dipompa keluar mereka tetap berada diluar. Namun beberapa ion kalium di neuron perlahan bocor membawa muatan positif. Kebocoran itu akan meningkatkan gradien listrik melintasi membrane.

Dan ketika neuron dalam keadaan diam dua gaya bekerja pada natrium keduanya mendorong ke dalam sel yang pertama mempertimbangkan gradien listrikdan yang kedua mempertimbangkan gradien konsentrasi. 

 

Gradien listrik dan gradien konsentrasi cenderung memindahkan ion natrium ke dalam sel dan natrium akan masuk dengan cepat jika bisa Namun karena saluran natrium tertutup saat membran dalam keadaan diam atau istirahat hampir tidak ada natrium yang mengalir kecuali ada paksaan oleh pompa natrium kalium. 

Kalium bermuatan positif dan bagian dalam sel bermuatan negatif sehingga gradien listrik cenderung menarik kalium masuk namun kalium lebih konsentrasi di dalam sel daripada di luar sehingga gradien cenderung mendorongnya keluar sebagai contohnya bayangkan sejumlah wanita di dalam sebuah ruangan pria dapat memasuki ruangan atau keluar melalui pintu sempit mereka tertarik pada wanita tersebut tetapi ketika pria terlalu ramai beberapa dari mereka akan pergi.

• Mengapa Potensi Istirahat?  

Tubuh menginvestasikan banyak energi untuk mengoperasikan pompa sodiumpotassium, yang mempertahankan potensi yang tersisa. Mengapa itu bernilai begitu banyak energi? Potensi istirahat mempersiapkan neuron untuk merespon dengan cepat a, eksitasi neuron membuka saluran yang memungkinkan natrium memasuki sel dengan cepat. Karena membran melakukan pekerjaannya terlebih dahulu dengan mempertahankan gradien konsentrasi untuk natrium, sel siap untuk merespons stimulus dengan penuh semangat. Bandingkan potensial istirahat neuron dengan busur dan anak panah yang siap: Seorang pemanah yang menarik busur terlebih dahulu dan kemudian menunggu siap untuk menembak pada saat yang tepat. Neuron menggunakan strategi yang sama. Potensi istirahat tetap stabil sampai neuron dirangsang. 

Biasanya, stimulasi neuron terjadi di sinapsis, Di laboratorium, juga dimungkinkan untuk merangsang neuron dengan memasukkan elektroda ke dalamnya dan menerapkan arus.

B. Potensial Aksi

Pesan yang dikirim oleh akson disebutpotensial aksi. Untuk memahami potensial aksi, mari kita mulai dengan mempertimbangkan apa yang terjadi ketika potensial yang tersisa terganggu. Kita dapat mengukur potensi neuron dengan mikroelektroda, Ketika membran akson diam, rekaman menunjukkan potensi negatif di dalam akson. Jika sekarang kita menggunakan elektroda lain untuk menerapkan muatan negatif, kita dapat lebih meningkatkan muatan negatif di dalam neuron. Perubahan itu disebut hiperpolarisasi, yang berarti peningkatan polarisasi. Ketika stimulasi berakhir, muatan kembali ke tingkat istirahat aslinya. rekamnnya seperti ini.

Sekarang mari kita terapkan arus kemendepolarisasineuron-yaitu, kurangi polarisasinya menuju nol. Jika kita menerapkan arus depolarisasi kecil, kita mendapatkan hasil seperti ini:

Dengan arus depolarisasi yang sedikit lebih kuat, potensi naik sedikit lebih tinggi tetapi kembali ke tingkat istirahat segera setelah stimulasi berhenti:

Sekarang mari kita terapkan arus yang lebih kuat: Stimulasi di luarambangeksitasi menghasilkan depolarisasi masif membran. Ketika potensial mencapai ambang batas, membran membuka saluran natriumnya dan memungkinkan ion natrium mengalir ke dalam sel. Potensi melonjak jauh melampaui kekuatan stimulus:

Setiap di bawah ambang batasStimulasi menghasilkan respon kecil yang cepat meluruh. Stimulasi apa pun yang melampaui ambang batas, terlepas dari seberapa jauh, menghasilkan respons besar seperti yang ditunjukkan, yang dikenal sebagai potensial aksi. Puncak potensial aksi, ditunjukkan sebagai130 mV dalam ilustrasi ini, bervariasi dari satu akson ke akson lainnya, tetapi konsisten untuk akson tertentu.

• Dasar Molekuler dari Potensial Aksi

Tiga prinsip penting Peristiwa kimia di balik potensial aksi

 1. Pada awalnya, ion natrium sebagian besar berada di luar neuron, dan ion kalium sebagian besar berada di dalam. 

2. Ketika membran terdepolarisasi, saluran natrium dan kalium di membran terbuka.

 3. Pada puncak potensial aksi, saluran natrium menutup. 

Membran neuron mengandung protein silindris, Membuka salah satu protein ini memungkinkan jenis ion tertentu untuk melintasi membran. (Ion mana yang melintasi tergantung pada ukuran dan bentuk lubang yang tepat.) Protein yang memungkinkan natrium untuk menyeberang disebut saluran natrium, protein yang memungkinkan kalium untuk menyeberang adalah saluran kalium, dan seterusnya. Yang mengatur natrium dan kalium adalah saluran bertegangan tegangan. Artinya, permeabilitasnya tergantung pada perbedaan tegangan melintasi membran. Pada potensial istirahat, saluran natrium tertutup dan saluran kalium hampir tertutup (hanya memungkinkan sedikit aliran kalium). Ketika membran menjadi terdepolarisasi, baik saluran natrium dan kalium mulai terbuka, memungkinkan aliran yang lebih bebas. Pada awalnya, pembukaan saluran kalium membuat sedikit perbedaan, karena gradien konsentrasi dan gradien listrik hampir seimbang. Namun, pembukaan saluran natrium membuat perbedaan besar, karena baik gradien listrik maupun gradien konsentrasi cenderung mendorong ion natrium ke dalam neuron. Ketika depolarisasi mencapai ambang membran, saluran natrium terbuka cukup lebar untuk mengalirkan natrium dengan bebas. 

Dari jumlah total ion natrium di dekat akson, kurang dari satu persen melintasi membran selama potensial aksi. Pada puncak potensial aksi, ion natrium tetap jauh lebih terkonsentrasi di luar neuron daripada di dalam. Karena gradien konsentrasi yang menetap, ion natrium masih cenderung berdifusi ke dalam sel. Namun, pada puncak potensial aksi, gerbang natrium menutup dan menahan pembukaan kembali untuk milidetik berikutnya. Lalu depolarisasi membran membuka saluran kalium. Pada awalnya, membuka saluran tersebut membuat sedikit perbedaan. Namun, setelah begitu banyak ion natrium melewati membran, bagian dalam sel memiliki sedikit muatan positif daripada muatan negatif biasanya. Pada titik ini baik gradien konsentrasi dan gradien listrik mendorong ion kalium keluar dari sel. Saat mereka mengalir keluar dari akson, mereka membawa muatan positif. Karena saluran kalium.

Pergerakan ion natrium dan kalium selama potensial aksi Ion natrium menyeberang selama puncak potensial aksi, dan ion kalium menyeberang kemudian dalam arah yang berlawanan, mengembalikan membran ke polarisasi aslinya.

Pada akhir proses ini, membran telah kembali ke potensial istirahatnya, tetapi bagian dalam neuron memiliki sedikit lebih banyak ion natrium dan sedikit lebih sedikit ion kalium daripada sebelumnya. Akhirnya, pompa natrium-kalium mengembalikan distribusi ion yang semula, tetapi proses itu membutuhkan waktu. Setelah rangkaian potensial aksi yang sangat cepat, pompa tidak dapat mengikuti aksi, dan natrium terakumulasi di dalam akson. Penumpukan natrium yang berlebihan dapat menjadi racun bagi sel. Potensial aksi membutuhkan aliran natrium dan kalium. Anestesi lokal obat-obatan, seperti Novocain dan Xylocaine, menempel pada saluran natrium membran, mencegah masuknya ion natrium, dan dengan demikian menghentikan potensial aksi (Ragsdale, McPhee, Scheuer, & Catterall, 1994).

Potensial aksi selalu dimulai di akson dan menyebar tanpa kehilangan sepanjang akson. Namun, begitu dimulai, ia "berpropagasi mundur" ke dalam badan sel dan dendrit (Lorincz & Nusser, 2010). Badan sel dan dendrit tidak menghantarkan potensial aksi dengan cara yang sama seperti yang dilakukan akson, tetapi mereka secara pasif mencatat peristiwa listrik yang terjadi di akson terdekat. Perambatan balik ini penting: Ketika potensial aksi merambat ke belakang menjadi dendrit, dendrit menjadi lebih rentan terhadap perubahan struktural yang bertanggung jawab untuk pembelajaran. Di sini, kami berkonsentrasi pada akson. Ketika tegangan melintasi membran akson mencapai ambang, saluran natrium tegangan terbuka cukup lebar untuk membiarkan ion natrium masuk, dan natrium yang masuk mendepolarisasi membran untuk menghasilkan potensial aksi. Untuk neuron tertentu, semua potensial aksi kira-kira sama dalam amplitudo (intensitas) dan kecepatan. Lebih tepat dinyatakan hukum semua atau tidak sama sekali adalah bahwa amplitudo dan kecepatan potensial aksi tidak tergantung pada intensitas stimulus yang memulainya, asalkan stimulus mencapai ambang.

• Periode Refraktori

Meskipun potensial listrik melintasi membran kembali dari puncaknya menuju titik istirahat, itu masih di atas ambang batas. . Mengapa sel menghasilkan potensial aksi lain selama periode ini? (Jika itu terjadi, tentu saja, itu akan terus-menerus mengulangi satu potensial aksi demi satu.) Segera setelah potensial aksi, sel berada dalam periode refraktori dimana ia menolak produksi potensial aksi lebih lanjut. Pada bagian pertama periode ini, periode refraktori absolut, membran tidak dapat menghasilkan potensial aksi, terlepas dari rangsangan. Selama bagian kedua, periode refraktori relatif, stimulus yang lebih kuat dari biasanya diperlukan untuk memulai potensial aksi. Periode refraktori tergantung pada dua fakta: Saluran natrium tertutup, dan kalium mengalir keluar sel dengan kecepatan lebih cepat dari biasanya.

C. Propagasi Potensial Aksi

Sampai saat ini, kita telah mempertimbangkan bagaimana potensial aksi terjadi pada satu titik pada akson. Sekarang mari kita perhatikan bagaimana ia bergerak ke bawah akson. Ingat, penting bagi akson untuk menyampaikan impuls tanpa kehilangan kekuatan pada jarak. 

Selama potensial aksi, ion natrium memasuki titik pada akson. Untuk sementara, tempat itu bermuatan positif dibandingkan dengan daerah sekitarnya di sepanjang akson. Ion positif mengalir di dalam akson ke daerah tetangga. Muatan positif sedikit mendepolarisasi area membran berikutnya, menyebabkannya mencapai ambangnya dan membuka saluran natrium berpintu tegangan. Kemudian membran meregenerasi potensial aksi pada titik tersebut. Dengan cara ini, potensial aksi berjalan di sepanjang akson, seperti pada Gambar 1.17.

Syarat propagasi potensial aksi menggambarkan transmisi potensial aksi ke akson. Perbanyakan suatu spesies hewan adalah produksi keturunan. Dalam arti tertentu, potensial aksi melahirkan potensial aksi baru di setiap titik di sepanjang akson.

Mari kita periksa kembali Gambar 1.17 sejenak. Apa yang mencegah muatan listrik mengalir ke arah yang berlawanan dengan arah potensial aksi? Tidak. Faktanya, muatan listrik memang mengalir ke dua arah. Lalu apa yang mencegah potensial aksi di dekat pusat akson menyerang kembali area yang baru saja dilewatinya? Jawabannya adalah daerah yang baru dilewatinya masih dalam masa refraktori.

Mari kita tinjau potensial aksi:

- Ketika area membran akson mencapai ambang eksitasinya, saluran natrium dan saluran kalium terbuka.

- Pada awalnya, pembukaan saluran kalium menghasilkan sedikit efek.

- Membuka saluran natrium memungkinkan ion natrium masuk ke akson.

- Muatan positif mengalir ke bawah akson dan membuka saluran natrium bertegangan pada titik berikutnya.

- Pada puncak potensial aksi, gerbang natrium menutup. Mereka tetap tertutup untuk milidetik berikutnya atau lebih, meskipun depolarisasi membran.

- Karena saluran kalium gerbang tegangan tetap terbuka, ion kalium mengalir keluar dari akson, mengembalikan membran ke depolarisasi aslinya.

- Beberapa milidetik kemudian, saluran kalium yang bergantung pada tegangan menutup.

D. Selubung Myelin dan Konduksi Saltatory

Pada akson tertipis, potensial aksi bergerak dengan kecepatan kurang dari 1 m / s. Meningkatkan diameter membawa kecepatan konduksi hingga sekitar 10 m / s. Pada kecepatan itu, impuls sepanjang akson ke atau dari kaki jerapah membutuhkan waktu sekitar setengah detik. Untuk lebih meningkatkan kecepatan, akson vertebrata mengembangkan mekanisme khusus: selubung mielin, bahan isolasi yang terdiri dari lemak dan protein.

Perhatikan analogi berikut. Misalkan tugas Anda adalah menerima pesan tertulis dari jarak jauh tanpa menggunakan perangkat mekanis apapun. Mengambil setiap pesan dan menjalankannya akan dapat diandalkan tetapi lambat, seperti penyebaran potensial aksi di sepanjang akson yang tidak bermielin. Jika Anda mengikat setiap pesan ke sebuah bola dan melemparkannya, Anda dapat meningkatkan kecepatan, tetapi lemparan Anda tidak akan cukup jauh. Solusi terbaik adalah menempatkan orang pada jarak sedang di sepanjang rute dan melempar bola pembawa pesan dari orang ke orang hingga mencapai tujuannya.

Prinsip yang sama berlaku untuk akson bermielin, yang ditutupi dengan selubung mielin. Akson bermielin, hanya ditemukan pada vertebrata, ditutupi dengan lapisan lemak dan protein. Selubung mielin terputus secara berkala oleh bagian pendek akson yang disebut nodus Ranvier, masing-masing dengan lebar sekitar 1 mikrometer, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.18. Pada akson bermielin, potensial aksi dimulai pada nodus pertama Ranvier (Kuba,Ishii, & Ohmari, 2006).

Misalkan potensial aksi terjadi pada segmen mielin pertama. Potensial aksi tidak dapat beregenerasi sepanjang membran antar nodus karena saluran natrium hampir tidak ada di antara nodus (Catterall, 1984). Setelah potensial aksi terjadi pada sebuah nodus, ion natrium memasuki akson dan berdifusi, mendorong rantai muatan positif sepanjang akson ke nodus berikutnya, di mana mereka meregenerasi potensial aksi (lihat Gambar 1.19). Aliran muatan ini bergerak jauh lebih cepat.

daripada regenerasi potensial aksi pada setiap titik di sepanjang akson. Lompatan potensial aksi dari node ke node disebut sebagai konduksi asin, dari kata Latin garam, yang berarti "melompat". (Akar yang sama muncul dalam kata jumpalitan.). Selain memberikan konduksi impuls yang cepat, konduksi garam menghemat energi: Alih-alih menerima ion natrium di setiap titik di sepanjang akson dan kemudian harus memompanya keluar melalui pompa natriumpotassium, akson bermielin menerima natrium hanya pada nodusnya.

Pada multiple sclerosis, sistem kekebalan menyerang selubung mielin. Akson yang tidak pernah memiliki selubung mielin menghantarkan impuls secara perlahan tapi pasti, tetapi akson yang kehilangan mielinnya tidak sama, karena tidak memiliki saluran natrium dimana.

E. Neuron lokal

    Akson menghasilkan potensial aksi. Namun, banyak neuron kecil tidak memiliki akson (Le Magueresse, et al., 2011). Neuron tanpa akson bertukar informasi hanya dengan tetangga terdekatnya. Karena itu kami menyebutnya neuron lokal. Karena mereka tidak memiliki akson, mereka tidak mengikuti hukum semua atau tidak sama sekali. Ketika neuron lokal menerima informasi dari neuron lain itu memiliki potensi bertingkat, potensial membran yang besarnya bervariasi sebanding dengan intensitas stimulus. Perubahan potensial membran dilakukan ke area sel yang berdekatan, ke segala arah, secara bertahap meluruh saat bergerak. Berbagai area sel tersebut menghubungi neuron lain, yang mereka rangsang atau hambat.

Neuron lokal sulit dipelajari karena hampir tidak mungkin memasukkan elektroda ke dalam sel kecil tanpa merusaknya. Oleh karena itu, sebagian besar pengetahuan kami berasal dari neuron besar, dan bias dalam metode penelitian kami mungkin telah menyebabkan kesalahpahaman. Bertahun-tahun yang lalu, semua ilmuwan saraf tahu tentang neuron lokal adalah bahwa mereka kecil. Mengingat fokus mereka pada neuron yang lebih besar, banyak ilmuwan berasumsi bahwa neuron kecil belum matang. Seperti yang dikatakan oleh seorang penulis buku teks, “Banyak dari [neuron] ini kecil dan tampaknya tidak berkembang, seolah-olah mereka merupakan cadangan yang belum digunakan dalam aktivitas otak individu” (Woodworth, 1934, hlm. 194). Dengan kata lain, sel-sel kecil akan berkontribusi pada perilaku hanya jika mereka tumbuh.

Mungkin kesalahpahaman ini adalah asal mula kepercayaan yang tersebar luas dan tidak masuk akal bahwa "mereka mengatakan kita hanya menggunakan 10 persen dari otak kita." (Siapakah “mereka”, kebetulan?) Asal-usul lain juga telah dikemukakan untuk kepercayaan ini. Terlepas dari bagaimana itu dimulai, itu sangat gigih, mengingat kurangnya pembenaran. Tentunya, tidak mungkin seseorang bisa kehilangan 90 persen otaknya dan tetap berperilaku normal. Juga tidak benar bahwa hanya 10 persen neuron yang aktif pada saat tertentu. Anda menggunakan seluruh otak Anda, bahkan pada saat Anda mungkin tidak menggunakannya dengan baik. Keyakinan bahwa kita hanya menggunakan sebagian kecil otak menjadi populer, mungkin karena orang ingin mempercayainya. Akhirnya, orang-orang hanya mengutip satu sama lain lama setelah semua orang lupa dari mana ide itu berasal.

Youtube :