Was ist der Unterschied zwischen einem abgestuften Potential und einem Aktionspotential?

Kurze Antwort
Ein Aktionspotential ist ein binäres Alles-oder-Nichts-Ereignis, während ein abgestuftes Potential ein analoges Signal ist.

Hintergrund
Einmal ausgelöste Aktionspotentiale sind im Grunde alles-oder-nichts-Ereignisse. Amplituden können zugegebenermaßen variabel sein, aber im Grunde ist es die Spike-Rate, die für den neuralen Code relevant ist (Gerstner et al ., 1997) .

Im Gegensatz dazu codieren abgestufte Potentiale Informationen hauptsächlich nach der Amplitude . Ein bemerkenswertes Beispiel für die Bedeutung abgestufter Potentiale ist die Funktion der inneren Haarzellen in der Cochlea (dem Innenohr). Die Mechanorezeptoren an den Haarzellen öffnen sich, wenn sie in eine Richtung abgelenkt werden, während sie sich in der anderen schließen. Dies ist wichtig, da diese Eigenschaft die Zelle in einer Phase einer Eingangssinuskurve depolarisiert, während sie die Zelle in der nachfolgenden Phase hyperpolarisiert. Außerdem erhöht eine stärkere (lautere) Eingabe die Reaktion, während weichere Stimuli eine geringere Reaktion erzeugen (Abb. 1). Im Hörnerv wird dieses abgestufte Potential in Spike-Raten übersetzt (Abb. 2). Grundsätzlich ist das Haarzellen- und Hörnervensystem ein Analog-Digital-Wandler.

^{Abb. 1. Cochlea-Mikrofonie: ein abgestuftes Potential, dessen Amplitude mit zunehmender Lautstärke zunimmt. Quelle: Juaristi & Martínez-Conde, 2014}

^{Abb. 2. Im Hörnerv wird die Amplitude als Aktionspotential (Spike)-Rate kodiert, niedrige Frequenzen als Burst-Repetition-Rate. Quelle: New York University}

Referenzen
– Gerstner et al ., PNAS (1997); 94 (24): 12740–1
- Juaristi & Martínez-Conde, Acta Otorrinolaringol Española (2014); 65 (04)

Abgestufte Potentiale werden durch einen Stimulus ausgelöst, dessen Größe in Abhängigkeit von der Stärke des Stimulus variiert. (Je stärker der Stimulus, desto mehr Gated Channels öffnen sich und verursachen eine stärkere Depolarisation). Abgestufte Potentiale treten in Dendriten, Zellkörpern und Sinnesrezeptoren auf. Abgestufte Potentiale zerstreuen sich mit der Entfernung vom Stimulus.

Andererseits treten Aktionspotentiale auf, wenn abgestufte Potentiale den Axonhügel bei einem bestimmten Depolarisationsniveau (etwa -55 mV) erreichen. Dies öffnet das Aktivierungstor und lässt Natrium in die Membran strömen. Dies ist ein „Alles-oder-Nichts“-Ereignis, sobald die Schwelle ausgelöst wird, depolarisiert die Membran schnell auf etwa +30 mV.

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