Cara sinyal saraf merambat

Potensial aksi mengubah tegangan di dalam neuron dari -70 mV menjadi +30 mV lalu kembali lagi dalam sekitar 2 milidetik.

Baterai kecil di kedua sisi membran

Setiap neuron mempertahankan beda potensial listrik kecil di kedua sisi membrannya. Pengukuran dilakukan di bagian dalam terhadap bagian luar, dalam milivolt (mV). Saat istirahat, tegangan di dalam sekitar -70 mV. Ada dua hal yang membentuk keadaan ini. Konsentrasi ion natrium (Na+) di luar sel sekitar sepuluh kali lebih tinggi daripada di dalam, sedangkan konsentrasi ion kalium (K+) lebih tinggi di dalam. Pompa natrium-kalium mempertahankan perbedaan ini dengan memindahkan Na+ ke luar dan K+ ke dalam. Karena bekerja melawan gradien, pompa ini menggunakan energi dalam bentuk ATP. Membran saat istirahat seperti baterai terisi yang menunggu sakelar dinyalakan.

Ambang dan lonjakan semua-atau-tidak-sama-sekali

Rangsangan, misalnya neurotransmiter dari sel lain atau tekanan pada reseptor sentuhan, memungkinkan sebagian Na+ masuk sehingga bagian dalam menjadi kurang negatif. Inilah depolarisasi. Jika perubahannya kecil, perubahan itu akan mereda. Jika mencapai sekitar -55 mV, yaitu ambang, banyak kanal natrium berpintu tegangan terbuka. Na+ mengalir deras ke dalam dan tegangan di dalam naik hingga sekitar +30 mV. Lalu kanal kalium berpintu tegangan terbuka, K+ mengalir keluar, dan tegangan membran turun kembali. Tegangan sesaat turun melewati -70 mV, disebut hiperpolarisasi singkat, sebelum kembali ke keadaan istirahat. Seluruh potensial aksi berlangsung sekitar 2 milidetik, dan perubahan dari -70 ke +30 adalah 100 mV, atau 0.1 volt.

Karena ada ambang, potensial aksi mengikuti prinsip semua-atau-tidak-sama-sekali. Rangsangan lemah yang tidak pernah mencapai -55 mV sama sekali tidak menghasilkan potensial aksi. Rangsangan kuat tidak menghasilkan potensial aksi yang lebih besar, karena semua potensial aksi mencapai tegangan puncak yang sama. Rangsangan yang lebih kuat membuat potensial aksi muncul lebih sering. Jadi, sistem saraf menyandikan intensitas melalui frekuensi neuron menghasilkan potensial aksi, bukan tinggi setiap lonjakan. Selama periode refrakter absolut, segmen membran yang sama tidak dapat memulai potensial aksi lain. Periode refrakter ini juga menjaga agar sinyal merambat satu arah, menuju ujung akson.

Merambat dan melompat sepanjang akson

Pada akson tanpa mielin, depolarisasi menyebar sedikit, membuka kanal natrium berikutnya, lalu menyebar lagi, dan seterusnya. Konduksi kontinu ini lambat. Pada akson bermielin, kanal natrium berpintu tegangan hanya terdapat di nodus Ranvier. Muatan menyebar cepat di bawah mielin dan potensial aksi terbentuk kembali pada setiap nodus, sehingga tampak melompat dari satu nodus ke nodus berikutnya. Inilah konduksi saltatori, dari bahasa Latin saltare yang berarti melompat. Akson yang lebih lebar juga menghantarkan sinyal lebih cepat. Serabut tipis tanpa mielin membawa sinyal dengan kecepatan sekitar 0.5 hingga 2 meter per detik; serabut bermielin paling tebal mencapai sekitar 120 meter per detik.

Menyeberangi celah: sinaps

Di ujung akson, sinyal listrik harus mencapai sel lain. Sebagian kecil sinaps bersifat listrik: kedua sel terhubung sehingga ion dapat langsung melintas. Sebagian besar sinaps bersifat kimia. Saat potensial aksi mencapai bonggol sinaps, kanal kalsium berpintu tegangan terbuka dan Ca2+ masuk. Kalsium membantu vesikel, kantong kecil berisi neurotransmiter, menyatu dengan membran dan melepaskan isinya ke celah sinaps, celah sempit di antara sel. Neurotransmiter berdifusi melintasi celah dan berikatan dengan reseptor pada sel penerima. Setiap reseptor cocok dengan satu neurotransmiter, seperti gembok dan kunci.

Ikatan itu mengubah tegangan membran penerima. Potensial pascasinaps eksitatorik mendorongnya mendekati ambang; potensial inhibitorik mendorongnya menjauhi ambang. Satu masukan saja jarang cukup. Sinyal dari banyak sinaps, atau beberapa sinyal berurutan cepat dari satu sinaps, dijumlahkan di zona pemicu. Neuron berikutnya baru menghasilkan potensial aksi jika jumlahnya mencapai ambang. Terakhir, neurotransmiter dibersihkan agar sinyal berakhir: asetilkolin diuraikan oleh enzim asetilkolinesterase, sedangkan asam amino seperti glutamat dipompa kembali ke neuron atau sel glia untuk digunakan lagi. Menurut NINDS, asetilkolin membuat otot berkontraksi, glutamat merupakan neurotransmiter eksitatorik utama, dan GABA bersifat inhibitorik.

Ini adalah materi pendidikan tentang susunan dan cara kerja tubuh. Ini bukan nasihat medis dan tidak untuk mendiagnosis atau mengobati siapa pun.