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¿Cuánto tiempo tardan los impulsos eléctricos de las neuronas en viajar por el cerebro humano?

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Considere la distancia máxima entre dos áreas separadas del cerebro humano. ¿Qué tan rápido puede viajar la información a través de la excitación neuronal entre estos dos lugares?


Esto es difícil de decir porque no se han realizado tantos estudios que midan esto en humanos como se han hecho en otros primates, como los monos macacos, y cuando se hace, generalmente se hace en pacientes que tienen algún problema cerebral como la epilepsia y tienen Se implantan electrodos de registro para la preparación de un procedimiento y, por lo tanto, es posible que no tengan una respuesta típica. También es difícil saber cuál es la mejor manera de satisfacer su requisito "la distancia máxima entre dos áreas separadas en el cerebro humano".

Dicho esto, aquí está mi intento: alrededor de 25 a 30 ms. Obtengo esto de dos fuentes:

1) un artículo de 1983 que utiliza pacientes epilépticos con electrodos de microalambres en el cerebro en varias regiones. Elijo los datos de las mediciones de la respuesta visual que llegan al lóbulo occipital porque, pensando simplemente, está en la parte posterior de la cabeza del otro lado de la cabeza desde los ojos, por lo que la "distancia máxima" es la toda la longitud de adelante hacia atrás del cerebro (la vía es retina -> tálamo -> V1 de la corteza visual). Del documento (página 490, parte inferior):

Unidades del lóbulo occipital: utilizando estímulos flash difusos ... la latencia más corta de las 11 células de la corteza occipital sensibles fue 31 ms; la latencia media fue de 63,6 ms (rango, 31 a 110 ms, SD, 25,1).

2) Un artículo de 2009, también usando pacientes epilépticos que encontró, entre otras cosas:

el potencial evocado comenzó ~ 20 ms antes en V1 (25 ms después del inicio del estímulo;


Los axones son responsables de conducir impulsos eléctricos desde el cuerpo celular de las neuronas. Los axones más largos del cuerpo humano son los que se encuentran en el nervio ciático. Estos axones van desde la base de la columna hasta el dedo gordo de cada pie y pueden extenderse hasta un metro de longitud.

Este artículo intenta obtener una medida de la velocidad de conducción del nervio ciático:

Estudio de la velocidad de conducción motora del nervio ciático.
C B Yap, T Harota
J Neurol Neurosurg Psychiatry. Junio ​​de 1967; 30 (3): 233-239.

Sin embargo, no creo que deba equiparar necesariamente la velocidad de conducción con distancia. En la actualidad, la velocidad de conducción es proporcional al diámetro de un axón. Como resultado, la velocidad de conducción de las neuronas del nervio ciático varía ampliamente, desde $ 0.2 $ a $ 150 $ $ m / seg ^ {- 1} $.


Respecto a los axones dentro del cerebro, Seré honesto al decir que no lo sé, podrías esperar a que alguien con conocimiento sobre eso te ayude a responder tu pregunta. El sistema nervioso generalmente se considera como un todo. En lo que respecta a las neuronas más largas del cerebro, son, por lo que he leído, las células Betz en la corteza motora primaria. Sin embargo, eso no debería ser demasiado útil ya que estamos interesados ​​en el viaje interneuronal de impulsos eléctricos (o demasiado útil incluso de otro modo), realizado principalmente a través de axones / fibras nerviosas. Además, dado que he mencionado las fibras nerviosas (axones mielinizados), también debe prestar atención al aislamiento de la membrana axonal a través de la mielinización. La submielinización o la sobremielinización también es proporcional a la velocidad de conducción.


¿Cómo se transmiten las señales nerviosas?

El lugar donde el axón de una neurona encuentra la dendrita de otro se llama sinapsis. Los neurotransmisores viajan a través de la sinapsis entre el axón y la dendrita del siguiente neurona. Los neurotransmisores se unen a la membrana de la dendrita. La encuadernación permite nervio impulso de viajar a través de la recepción neurona.

Uno también puede preguntarse, ¿cómo viaja un mensaje a través de una neurona? Los mensajes viajan a lo largo de un solo neurona como impulsos eléctricos, pero mensajes Entre las neuronas viajan diferentemente. La transferencia de información de neurona para neurona tiene lugar mediante la liberación de sustancias químicas en el espacio entre el axón y las dendritas. Los receptores están ubicados sobre el dendritas.

En consecuencia, ¿cómo se comunican las células nerviosas entre sí?

Las células nerviosas se comunican mediante el uso de señales eléctricas. Las células nerviosas se comunican mediante el uso de señales eléctricas. Las dendritas, la porción ampliamente ramificada de la neurona, reciben señales de otro neuronas y luego transmitirlas a través de una extensión de célula delgada, el axón, para otras células nerviosas.

¿Qué tipo de señales envía el sistema nervioso?

Los mensajes del sistema nervioso viajan a través neuronas como señales eléctricas. Cuando estas señales llegan al final de un neurona, estimulan la liberación de sustancias químicas llamadas neurotransmisores. Los neurotransmisores viajan a través de sinapsis, espacios entre neuronas o entre neuronas y otros tejidos y células corporales.


Trastornos asociados con neurotransmisores

Se cree que los síntomas asociados con afecciones de salud mental como los trastornos del estado de ánimo y de ansiedad y la esquizofrenia son el resultado en parte de un desequilibrio de los niveles de neurotransmisores en el cerebro.

Con los trastornos de ansiedad, esto puede reflejar la actividad reducida de GABA en el cerebro y un desequilibrio de sus receptores. También se ha demostrado que esto está relacionado con un desequilibrio de las respuestas de la serotonina y la noradrenalina. De manera similar, también hay evidencia de que puede haber vínculos con una mayor excitabilidad del glutamato en personas con ansiedad.

En la depresión, hay evidencia de anomalías en la transmisión noradrenérgica, dopaminérgica y serotoninérgica. En general, se ha demostrado que la serotonina desempeña un papel en los trastornos del estado de ánimo, así como en el trastorno obsesivo compulsivo (TOC).

Finalmente, se ha demostrado que los niveles de dopamina están asociados con adicciones y esquizofrenia. Se sugiere que la sensibilidad de los receptores de dopamina o demasiada dopamina está asociada con


Los pensamientos son invisibles, entonces, ¿qué debemos medir?

El pensamiento es, en última instancia, un proceso interno y muy individualizado que no es fácilmente observable. Se basa en interacciones a través de redes complejas de neuronas distribuidas por los sistemas nerviosos central y periférico. Los investigadores pueden utilizar técnicas de imagen, como la resonancia magnética funcional y la electroencefalografía, para ver qué áreas del sistema nervioso están activas durante diferentes procesos de pensamiento y cómo fluye la información a través del sistema nervioso. Sin embargo, todavía estamos muy lejos de relacionar de manera confiable estas señales con los eventos mentales que representan.

Muchos científicos consideran que la mejor medida indirecta de la velocidad o eficiencia de los procesos mentales es el tiempo de reacción: el tiempo desde el inicio de una señal específica hasta el momento en que se inicia una acción. De hecho, los investigadores interesados ​​en evaluar qué tan rápido viaja la información a través del sistema nervioso han utilizado el tiempo de reacción desde mediados del siglo XIX. Este enfoque tiene sentido porque los pensamientos se expresan en última instancia a través de acciones abiertas. El tiempo de reacción proporciona un índice de la eficiencia con la que alguien recibe e interpreta la información sensorial, decide qué hacer en función de esa información y planifica e inicia una acción en función de esa decisión.

Las neuronas hacen el trabajo de transmitir pensamientos. Bryan Jones, CC BY-NC-ND


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La velocidad de transmisión variará según el subtipo de fibra neuronal.

Específicamente, las mayores ganancias se verán con el área de sección transversal (no dude en preguntar por qué en physics.stackexchange.com) y las neuronas con vainas de mielina (envolturas de grasa que afectan las tasas de conducción saltatoria).

Está preguntando específicamente sobre las tasas de transmisión de neuronas eferentes, pero aquí hay una idea general:

Tenga en cuenta que todo el circuito (desde la corteza pre-motora hasta los husos musculares) involucrará varios tipos diferentes. En general, su sistema nervioso central (cerebro, tronco encefálico, médula espinal) es A-alfa y, si no recuerdo mal, el sistema nervioso somático (las neuronas activadas voluntariamente en el resto de su cuerpo en el SNP [periférico sistema nervioso]) son A-delta. Si me equivoco, que alguien me corrija.

En promedio, los reflejos no voluntarios (que en realidad es información que va al SNC, se procesa y luego sale a las neuronas motoras) toman alrededor de 0.3 segundos. Sin embargo, el ser humano promedio puede parpadear en aproximadamente 0,1 segundos, lo que probablemente sea una mejor medida.


Factores de resonancia en LFP

Varios tipos diferentes de membranas de neuronas responden a frecuencias específicas más que otras. Cuando ocurre esta frecuencia de resonancia, puede causar ondas mucho más grandes y puede desencadenar una continuación de las oscilaciones.

La resonancia theta se ha descrito en algunas regiones de la corteza. En contraste, se ha observado que algunas neuronas inhibidoras tienen una resonancia en los rangos de 30 a 90.

Estos efectos de resonancia están influenciados por el tamaño de los disparadores y las frecuencias específicas. Para ser lo suficientemente grande como para influir en los potenciales de ECF, la misma resonancia tiene que ocurrir en múltiples neuronas cercanas.


¿Cuáles son los síntomas de la miastenia gravis?

El sello distintivo de la miastenia gravis es la debilidad muscular que empeora después de períodos de actividad y mejora después de períodos de descanso. Ciertos músculos, como los que controlan el movimiento de los ojos y los párpados, la expresión facial, masticar, hablar y tragar, a menudo (pero no siempre) están involucrados en el trastorno.

El inicio del trastorno puede ser repentino y los síntomas a menudo no se reconocen de inmediato como miastenia gravis. El grado de debilidad muscular involucrado en la miastenia gravis varía mucho entre los individuos.

Las personas con miastenia gravis pueden experimentar los siguientes síntomas:

  • debilidad de los músculos oculares (llamada miastenia ocular)
  • caída de uno o ambos párpados (ptosis)
  • visión borrosa o doble (diplopía)
  • un cambio en la expresión facial
  • dificultad para tragar
  • dificultad para respirar
  • alteración del habla (disartria)
  • debilidad en los brazos, manos, dedos, piernas y cuello.

A veces, la debilidad severa de la miastenia gravis puede causar insuficiencia respiratoria, que requiere atención médica de emergencia inmediata.


¿Cómo viaja el impulso nervioso a lo largo de la neurona?

Para comprender cómo viaja un impulso nervioso a lo largo de la neurona, se debe comprender la ruta completa de la neurona. El impulso es esencialmente un mensaje que se envía al cerebro.

¿Qué es una célula nerviosa?

Al igual que otros sistemas del cuerpo, primero se debe examinar la parte más pequeña del sistema nervioso, que es la célula nerviosa. Cuando una gran cantidad de estas células se agrupan, crean lo que se conoce como un nervio. Cada nervio tiene muchas extensiones de células nerviosas individuales. Estas piezas largas con forma de hilo son el lugar donde se transmiten los impulsos nerviosos. Un tipo de célula nerviosa que tiene una función específica para enviar mensajes al cerebro se llama neurona. Estos mensajes son impulsos nerviosos y cada mensaje es un impulso eléctrico rápido.

Estructura de la neurona

Para comprender cómo viaja un impulso nervioso, primero debe observarse la estructura de una neurona. Como muchas otras células, una neurona tiene un cuerpo celular, incluido un núcleo. Pero una neurona también incluye muchas dendritas además de un axón. Las dendritas son los receptores de una neurona que reciben mensajes de otras células y un axón envía el mensaje a las otras células. El axón es una parte muy importante de la transmisión de mensajes. Otras partes de una neurona incluyen una vaina de mielina, que es el aislamiento del axón, y el nodo de Ranvier, que es un pequeño espacio que facilita la transmisión más rápida de mensajes.

Diferentes tipos de neuronas

Para comprender mejor la transmisión y las señales, es una buena idea reconocer los diferentes tipos de neuronas en el cerebro. Las dos clasificaciones principales de neuronas son neuronas sensoriales y motoras, y tienen dos funciones separadas. Las neuronas sensoriales llevan mensajes al sistema nervioso central desde los órganos, mientras que las neuronas motoras llevan mensajes en la dirección opuesta дуЅн_нс desde el cerebro a los órganos. Ambos tipos trabajan juntos para facilitar la transmisión de mensajes las 24 horas del día.

Cómo viaja el impulso

Una sinapsis es un pequeño espacio entre dos neuronas que intentan enviarse un mensaje entre sí. Un axón de una neurona enviará un mensaje a la dendrita de otra neurona, casi como encajar piezas en un rompecabezas. Sin embargo, allí aparece un pequeño espacio, y esta es la sinapsis. El impulso nervioso viajará a lo largo de la neurona hasta el final del axón. Cuando llega al axón, libera sustancias químicas en el cerebro llamadas neurotransmisores. Los neurotransmisores familiares incluyen GABA, serotonina y dopamina. Se hace que estos químicos viajen más allá del axón, a través de la sinapsis (brecha) y luego envían el mensaje a la dendrita, que es esencialmente el receptor en la neurona receptora.

La importancia de los neurotransmisores

Cuando una persona tiene un tipo de neurotransmisor demasiado bajo o demasiado alto en su cerebro, puede causar problemas de salud mental. Por ejemplo, si una persona tiene una cantidad baja del neurotransmisor serotonina, puede tener depresión clínica. En este caso, se prescribe un antidepresivo, como un ISRS (inhibidor selectivo de la recaptación de serotonina) para que el nivel de neurotransmisores de la persona pueda volver a la normalidad. Cuando los niveles están "apagados", el cerebro recibe mensajes sesgados.


Las propiedades eléctricas de las dendritas ayudan a explicar la potencia informática única de nuestro cerebro.

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Las neuronas del cerebro humano reciben señales eléctricas de miles de otras células, y las largas extensiones neuronales llamadas dendritas desempeñan un papel fundamental en la incorporación de toda esa información para que las células puedan responder adecuadamente.

Utilizando muestras difíciles de obtener de tejido cerebral humano, los neurocientíficos del MIT han descubierto que las dendritas humanas tienen propiedades eléctricas diferentes a las de otras especies. Sus estudios revelan que las señales eléctricas se debilitan más a medida que fluyen a lo largo de las dendritas humanas, lo que resulta en un mayor grado de compartimentación eléctrica, lo que significa que pequeñas secciones de dendritas pueden comportarse de forma independiente del resto de la neurona.

Estas diferencias pueden contribuir a la potencia informática mejorada del cerebro humano, dicen los investigadores.

“No se trata solo de que los humanos somos inteligentes porque tenemos más neuronas y una corteza más grande. De abajo hacia arriba, las neuronas se comportan de manera diferente ”, dice Mark Harnett, profesor asistente de desarrollo profesional Fred y Carole Middleton de ciencias cognitivas y cerebrales. "En las neuronas humanas, hay más compartimentación eléctrica, y eso permite que estas unidades sean un poco más independientes, lo que podría conducir a una mayor capacidad computacional de neuronas individuales".

Harnett, que también es miembro del Instituto McGovern de Investigación del Cerebro del MIT, y Sydney Cash, profesora asistente de neurología en la Escuela de Medicina de Harvard y el Hospital General de Massachusetts, son los autores principales del estudio, que aparece en la edición del 18 de octubre de Celda. El autor principal del artículo es Lou Beaulieu-Laroche, estudiante graduado del Departamento de Ciencias Cognitivas y Cerebrales del MIT.

Computación neuronal

Se puede pensar que las dendritas son análogas a los transistores en una computadora, que realizan operaciones simples utilizando señales eléctricas. Las dendritas reciben información de muchas otras neuronas y transportan esas señales al cuerpo celular. Si se estimula lo suficiente, una neurona dispara un potencial de acción, un impulso eléctrico que luego estimula a otras neuronas. Grandes redes de estas neuronas se comunican entre sí para generar pensamientos y comportamientos.

La estructura de una sola neurona a menudo se parece a un árbol, con muchas ramas que aportan información que llega lejos del cuerpo celular. Investigaciones anteriores han descubierto que la fuerza de las señales eléctricas que llegan al cuerpo celular depende, en parte, de qué tan lejos viajan a lo largo de la dendrita para llegar allí. A medida que las señales se propagan, se debilitan, por lo que una señal que llega lejos del cuerpo celular tiene menos impacto que una que llega cerca del cuerpo celular.

Las dendritas en la corteza del cerebro humano son mucho más largas que las de las ratas y la mayoría de las otras especies, porque la corteza humana ha evolucionado para ser mucho más gruesa que la de otras especies. En los humanos, la corteza constituye aproximadamente el 75 por ciento del volumen total del cerebro, en comparación con aproximadamente el 30 por ciento en el cerebro de las ratas.

Aunque la corteza humana es dos o tres veces más gruesa que la de las ratas, mantiene la misma organización general, que consta de seis capas distintivas de neuronas. Las neuronas de la capa 5 tienen dendritas lo suficientemente largas como para llegar hasta la capa 1, lo que significa que las dendritas humanas han tenido que alargarse a medida que el cerebro humano ha evolucionado, y las señales eléctricas tienen que viajar mucho más lejos.

En el nuevo estudio, el equipo del MIT quería investigar cómo estas diferencias de longitud podrían afectar las propiedades eléctricas de las dendritas. Pudieron comparar la actividad eléctrica en las dendritas de ratas y humanas, utilizando pequeños trozos de tejido cerebral extraídos de pacientes con epilepsia sometidos a la extirpación quirúrgica de parte del lóbulo temporal. Para llegar a la parte enferma del cerebro, los cirujanos también deben extraer un pequeño trozo del lóbulo temporal anterior.

Con la ayuda de los colaboradores de MGH Cash, Matthew Frosch, Ziv Williams y Emad Eskandar, el laboratorio de Harnett pudo obtener muestras del lóbulo temporal anterior, cada una del tamaño de una uña.

La evidencia sugiere que el lóbulo temporal anterior no se ve afectado por la epilepsia y el tejido parece normal cuando se examina con técnicas neuropatológicas, dice Harnett. Esta parte del cerebro parece estar involucrada en una variedad de funciones, incluido el lenguaje y el procesamiento visual, pero no es fundamental para ninguna función que los pacientes puedan funcionar normalmente después de que se extraiga.

Una vez que se extrajo el tejido, los investigadores lo colocaron en una solución muy similar al líquido cefalorraquídeo, a través del cual fluía oxígeno. Esto les permitió mantener vivo el tejido hasta por 48 horas. Durante ese tiempo, utilizaron una técnica conocida como electrofisiología patch-clamp para medir cómo viajan las señales eléctricas a lo largo de las dendritas de las neuronas piramidales, que son el tipo más común de neuronas excitadoras en la corteza.

Estos experimentos fueron realizados principalmente por Beaulieu-Laroche. El laboratorio de Harnett (y otros) han realizado previamente este tipo de experimento en dendritas de roedores, pero su equipo es el primero en analizar las propiedades eléctricas de las dendritas humanas.

Características unicas

Los investigadores encontraron que debido a que las dendritas humanas cubren distancias más largas, una señal que fluye a lo largo de una dendrita humana desde la capa 1 al cuerpo celular en la capa 5 es mucho más débil cuando llega que una señal que fluye a lo largo de una dendrita de rata desde la capa 1 a la capa 5.

También demostraron que las dendritas humanas y de rata tienen el mismo número de canales iónicos, que regulan el flujo de corriente, pero estos canales ocurren en una densidad más baja en las dendritas humanas como resultado del alargamiento de las dendritas. También desarrollaron un modelo biofísico detallado que muestra que este cambio de densidad puede explicar algunas de las diferencias en la actividad eléctrica observadas entre las dendritas humanas y de rata, dice Harnett.

Nelson Spruston, director senior de programas científicos en el campus de investigación Janelia del Instituto Médico Howard Hughes, describió el análisis de los investigadores de las dendritas humanas como "un logro notable".

"Estas son las mediciones más cuidadosamente detalladas hasta la fecha de las propiedades fisiológicas de las neuronas humanas", dice Spruston, que no participó en la investigación. "Este tipo de experimentos son muy exigentes desde el punto de vista técnico, incluso en ratones y ratas, por lo que desde una perspectiva técnica, es bastante sorprendente que hayan hecho esto en humanos".

La pregunta sigue siendo, ¿cómo afectan estas diferencias a la capacidad intelectual humana? La hipótesis de Harnett es que debido a estas diferencias, que permiten que más regiones de una dendrita influyan en la fuerza de una señal entrante, las neuronas individuales pueden realizar cálculos más complejos sobre la información.

"Si tiene una columna cortical que tiene un trozo de corteza humana o de roedor, podrá realizar más cálculos más rápido con la arquitectura humana en comparación con la arquitectura de roedor", dice.

Hay muchas otras diferencias entre las neuronas humanas y las de otras especies, agrega Harnett, lo que dificulta descubrir los efectos de las propiedades eléctricas dendríticas. En estudios futuros, espera explorar más a fondo el impacto preciso de estas propiedades eléctricas y cómo interactúan con otras características únicas de las neuronas humanas para producir más potencia de cálculo.

La investigación fue financiada por el Consejo Nacional de Investigación en Ciencias e Ingeniería de Canadá, el Programa de Subvenciones para Neuroimagen David Mahoney de la Fundación Dana y los Institutos Nacionales de Salud.