Memahami Konsep tentang Konduksi Neural dalam Biopsikologi
Memahami Konsep tentang Konduksi Neural dalam Biopsikologi - Artikel ini akan menjelaskan tentang bagaimana neuron mengirimkan dan menerima sinyal. Melalui artikel ini diharapkan mampu memahami konsep-konsep tentang konduksi neural.
Resting Membrane Potential
Membrane Potential → perbedaan charge (muatan) listrik antara di dalam dan di luar sel.
baca juga: Memahami Konsep-Konsep Anatomi Sistem Saraf pada Manusia
Resting Membrane Potential
Untuk merekam membrane potential sebuah neuron → dengan memposisikan ujung salah satu elektroda dalam neuron dan ujung elektroda lainnya di luar neuron di dalam cairan ekstraseluler.
Resting potential → rasio antara muatan positif dan negatif di dalam neuron lebih besar dibandingkan dengan di luar neuron.
Mengapa distribusi muatan tidak berimbang bisa terjadi? → Kaitannya dengan interaksi di antara empat faktor → dua faktor yang bertindak mendistribusikan ion-ion secara merata ke seluruh cairan intraseluler maupun ekstraseluler sistem saraf dan dua fitur membran neural yang menetralkan efek-efek homogenizing.
Faktor-faktor homogenizing:
Tidak ada satu golongan ion pun yang terdistribusi secara merata ke kedua sisi membran neural.
Empat macam ion yang memiliki kontribusi signifikan pada resting potential → ion sodium (Na+), ion potasium (K+), ion khlorida (Cl-) dan berbagai ion protein bermuatan negatif.
Konsentarsi Na+ dan Cl- di luar resting neuron lebih besar dibanding di dalam, sementara ion K+ lebih terkonsentrasi di dalam. Ion protein bermuatan negatif disintesiskan di dalam neuron dan sebagian besar di antaranya tetap tinggal di sana.
Dua properti membran neural bertanggung jawab atas distribusi Na+, K+, Cl- dan ion-ion protein yang tidak merata di dalam resting neurons. Salah satu properti bersifat pasif → tidak melibatkan konsumsi energi. Properti lainnya bersifat aktif → melibatkan konsumsi energi.
Di dalam resting neuron K+ dan Cl- dapat dengan mudah melewati membran neural, Na+ melewatinya dengan penuh kesulitan, dan ion-ion protein bermuatan negatif sama sekali tidak dapat melewatinya → permeabilitas diferensial.
Ion-ion melewati membran neural pada pori-pori khusus → ion channels → masing-masing tipenya terspesialisasi untuk dilewati ion tertentu.
Mengapa konsentrasi ion-ion Na+ dan K+ intraseluler dan ekstraseluler di dalam neuron tetap konstan? → Hodgkin dan Huxley menemukan, bahwa ada mekanisme-mekanisme aktif dalam membran sel untuk menolak influx (aliran masuk) ion-ion Na+ dengan memompa ke luar ion-ion Na+ secepat mereka masuk, dan untuk menolak efflux (aliran keluar) ion-ion K+ dengan memompa ion-ion K+ secepat mereka menerobos ke luar.
Pengangkutan ion-ion tersebut dilakukan oleh mekanisme yang mengkonsumsi energi di dalam membran sel → menukar 3 ion Na+ dalam neuron untuk 2 ion K+ di luar neuron → diangkut oleh transporter → sodium-potassium pumps.
Transporter → pengangkut, mekanisme di dalam membran sebuah sel yang secara aktif mengangkut ion-ion atau molekul-molekul ke sekujur membran sel itu.
Pembangkitan dan Konduksi Potensial Pos-Sinaptik
Ketika neuron menembak (fire), neuron-neuron melepaskan bahan-bahan kimia dari terminal button (neurotransmiter), yang berdifusi di celah-celah sinaptik dan berinteraksi dengan molekul-molekul reseptor khusus pada membran reseptif neuron-neuron selanjutnya di sepanjang sirkuit itu.
Ketika molekul-molekul neurotransmiter terikat di reseptor-reseptor pos-sinaptik, mereka biasanya memiliki dua efek, tergantung struktur neurotransmiter dan reseptor yang dimaksud:
Depolarisasi pos-sinaptik → excitatory post-synaptic potentials (EPSP) → meningkatkan kemungkinan neuron-neuron akan menembak.
Bila jumlah depolarisasi dan hiperpolarisasi mencapai bagian akson yang bersebelahan dengan axon hillock cukup untuk mendepolarisasi membran ke tingkat yang disebut threshold of excitation, yaitu sekitar -65mV, maka sebuah potensial aksi terbangkitkan di dekat axon hillock
Akibat dari munculnya potensial aksi adalah penambahan semua potensial pos-sinapsis yang ada di neuron multipolar, yang mencapai aksonnya, dan memutuskan untuk menembak atau tidak menembak berdasarkan jumlahnya.
Penambahan atau penggabungan sejumlah sinyal individual menjadi sebuah sinyal keseluruhan → integrasi.
Ada dua macam penjumlahan potensial pos-sinapsis :
Dalam beberapa hal, penembakan sebuah neuron mirip seperti penembakan sebuah senapan → ketika pelatuk senjata ditekan, pelatuk itu secara gradual akan kembali lagi ke posisinya sampai ia menyebabkan senapan itu menembakkan peluru → ketika sebuah neuron distimulasi, ia akan menjadi kurang terpolarisasi sampai ambang eksitasinya tercapai dan penembakan terjadi.
Penembakan neural bersifat all-or-none events → menstimulasi sebuah neuron dengan lebih intens tidak akan menambah kecepatan atau amplitudo aksi yang dihasilkannya.
Konduksi Potensial Aksi
Potensial aksi diproduksi dan dikonduksikan di sepanjang akson melalui aksi voltage-activated ion channels → saluran neuron yang membuka atau menutup sebagai respons atas perubahan tingkat membrane potential.
Membrane potential sebuah neuron pada saat resting relatif konstan. Akan tetapi segala sesuatu tiba-tiba berubah ketika membrane potential aksonnya turun sampai ke tingkat ambang eksitasi (threshold of excitation) → voltage-activated sodium channels (saluran-saluran sodium yang diaktifkan oleh voltase) dalam membran akson terbuka lebar → ion-ion Na+ bergegas masuk ke dalamnya → secara tiba-tiba mendorong membrane potential dari sekitar -70mV menjadi sekitar +50mV → memicu pembukaan voltage-activated potassium channels → ion-ion K+ di dekat membran di dorong keluar dari sel melalui saluran-saluran tersebut → potensial aksi mendekati puncak → muatan internal positif → setelah sekitar 1 milisekon saluran-saluran sodium menutup → berakhirnya rising phase (fase menanjak) potensial aksi dan dimulainya repolarisasià repolarisasi tercapai → saluran-saluran potasium secara gradual menutup → ion K+ banyak mengalir ke luar neuron → hiperpolarisasi beberapa saat.
Jumlah ion yang mengalir melalui membran selama potensial aksi terjadi, sangat sedikit bila dikaitkan dengan jumlah total di dalam dan di sekitar neuron. Potensial aksi hanya melibatkan ion-ion tepat di sebelah membran → sebuah potensial aksi hanya memiliki efek kecil pada konsentrasi relatif berbagai ion di dalam dan di luar neuron → resting ion concentration di sebelah membran dengan cepat dimantapkan lagi oleh gerakan random ion-ion.
Ada sebuah periode singkat yang berlangsung sekitar 1-2 milisekon setelah inisiasi sebuah potensial aksi, yang mustahil untuk membangkitkan potensial aksi kedua → absolute refractory period → kemudian diikuti dengan relative refractory period (sebuah periode yang mustahil untuk menembak neuron itu lagi, kecuali dengan menerapkan tingkat stimulasi yang lebih tinggi dibanding tingkat normalnya).
Periode refraktori bertanggung jawab atas karakteristik penting aktivitas neural:
Ketika sebuah potensial aksi dibangkitkan dalam sebuah akson yang termielinasi → sinyalnya dikonduksikan secara pasif (secara instan dan dekremental) di sepanjang segmen mielin pertama sampai nodus Ranvier berikutnya → sinyal agak berkurang namun cukup kuat membuka voltage-activated sodium channels pada nodus itu dan untuk membangkitkan potensial aksi penuh lainnya → potensial aksi dikonstruksikan secara pasif di sepanjang akson ke nodus berikutnya → potensial aksi dibangkitkan lagi → begitu seterusnya.
Mielinasi meingkatkan kecepatan konduksi aksonal.
Transmisi potensial aksi di akson-akson yang termielinasi → saltatory conduction → sinyalnya “melompat” di sepanjang akson, dari nodus ke nodus.
Oleh karena pentingnya peran mielin didalam konduksi neural, maka tidak mengherankan bila penyakit-penyakit neurodegenaratif (penyakit-penyakit yang menyerang sistem saraf) yang menyerang mielin memiliki efek-efek merusak pada aktivitas neural dan perilaku.
Neuron-neuron motorik mamalia berukuran besar dan termielinasi → sebagian di antaranya dapat mengonduksikan dengan kecepatan 100 m/detik.
Sebaliknya, akson-akson yang tidak termielinasi → mengonduksikan potensial aksi dengan kecepatan sekitar 1 m/detik.
Transmisi Sinaptik
Bagian ini mempelajari bagaimana potensial-potensial aksi yang tiba di terminal buttons memicu pelepasan neurotransmiter ke dalam sinapsis dan bagaimana neurotransmiter membawa sinyal-sinyal ke sel-sel lain (baca Pinel, 2009, mulai hal. 107).
Ketika kedua ujung elektroda berada di dalam cairan ekstraselular → perbedaan voltase di antara kedua elektroda tersebut adalah nol.
Namun, ketika ujung elektroda intraseluler dimasukan ke dalam neuron → steady potential sebesar kira-kira -70mV → potential resting neuron adalah sekitar 70mV lebih kecil dibandingkan dengan di luar neuron.
Resting potential neuron → neuron dalam keadaan “istirahat” → dengan beban -70mV di sekujur membrannya → terpolarisasi.
Resting potential → rasio antara muatan positif dan negatif di dalam neuron lebih besar dibandingkan dengan di luar neuron.
- Random motion (gerakan random) → Ion-ion dalam jaringan neural bergerak random secara konstan → partikel-partikel dalam gerakan acak cenderung menjadi terdistribusi secara merata karena mereka lebih berkemungkinan untuk menurunkan gradien konsentrasi daripada menaikkannya → lebih berkemungkinan bergerak dari daerah konsentrasi tinggi ke daerah konsentrasi rendah daripada sebaliknya
- Tekanan elektrostatik → setiap akumulasi muatan listrik, positif maupun negatif, di sebuah daerah akan cenderung dibuyarkan oleh repulsi (tolak-menolak) di antara muatan-muatan listrik yang sama di suatu daerah dan atraksi (tarik-menarik) di antara muatan-muatan yang berlawanan akan terkonsentrasi di tempat lain.
Empat macam ion yang memiliki kontribusi signifikan pada resting potential → ion sodium (Na+), ion potasium (K+), ion khlorida (Cl-) dan berbagai ion protein bermuatan negatif.
Konsentarsi Na+ dan Cl- di luar resting neuron lebih besar dibanding di dalam, sementara ion K+ lebih terkonsentrasi di dalam. Ion protein bermuatan negatif disintesiskan di dalam neuron dan sebagian besar di antaranya tetap tinggal di sana.
Dua properti membran neural bertanggung jawab atas distribusi Na+, K+, Cl- dan ion-ion protein yang tidak merata di dalam resting neurons. Salah satu properti bersifat pasif → tidak melibatkan konsumsi energi. Properti lainnya bersifat aktif → melibatkan konsumsi energi.
Di dalam resting neuron K+ dan Cl- dapat dengan mudah melewati membran neural, Na+ melewatinya dengan penuh kesulitan, dan ion-ion protein bermuatan negatif sama sekali tidak dapat melewatinya → permeabilitas diferensial.
Ion-ion melewati membran neural pada pori-pori khusus → ion channels → masing-masing tipenya terspesialisasi untuk dilewati ion tertentu.
Mengapa konsentrasi ion-ion Na+ dan K+ intraseluler dan ekstraseluler di dalam neuron tetap konstan? → Hodgkin dan Huxley menemukan, bahwa ada mekanisme-mekanisme aktif dalam membran sel untuk menolak influx (aliran masuk) ion-ion Na+ dengan memompa ke luar ion-ion Na+ secepat mereka masuk, dan untuk menolak efflux (aliran keluar) ion-ion K+ dengan memompa ion-ion K+ secepat mereka menerobos ke luar.
Keterangan gambar: faktor-faktor pasif dan aktif yang mempengaruhi distribusi ion-ion Na+, K+, Cl- di sepanjang membran neural. Faktor-faktor pasif terus-menerus mendorong ion-ion K+ ke luar dari resting neuron dan ion-ion Na+ masuk → ion-ion K+ harus secara aktif dipompa ke luar untuk menjaga resting equilibrium.
Pengangkutan ion-ion tersebut dilakukan oleh mekanisme yang mengkonsumsi energi di dalam membran sel → menukar 3 ion Na+ dalam neuron untuk 2 ion K+ di luar neuron → diangkut oleh transporter → sodium-potassium pumps.
Transporter → pengangkut, mekanisme di dalam membran sebuah sel yang secara aktif mengangkut ion-ion atau molekul-molekul ke sekujur membran sel itu.
Pembangkitan dan Konduksi Potensial Pos-Sinaptik
Ketika neuron menembak (fire), neuron-neuron melepaskan bahan-bahan kimia dari terminal button (neurotransmiter), yang berdifusi di celah-celah sinaptik dan berinteraksi dengan molekul-molekul reseptor khusus pada membran reseptif neuron-neuron selanjutnya di sepanjang sirkuit itu.
Ketika molekul-molekul neurotransmiter terikat di reseptor-reseptor pos-sinaptik, mereka biasanya memiliki dua efek, tergantung struktur neurotransmiter dan reseptor yang dimaksud:
- Mereka mungkin men-depolarisasi membran reseptif → mengurangi resting membrane potential dari -70 menjadi -67 mV, misalnya
- Mereka meng-hiperpolarisasi membran reseptor → menaikkan resting membrane potential dari -70 mV menjadi -72 mV, misalnya
Depolarisasi pos-sinaptik → excitatory post-synaptic potentials (EPSP) → meningkatkan kemungkinan neuron-neuron akan menembak.
Hiperpolarisasi pos-sinaptik → inhibitory post-synaptic potentials (IPSP) → mengurangi kemungkinan neuron-neuron akan menembak.
Baik EPSP maupun IPSP merupakan graded responses → amplitudo EPSP dan IPSP proposional dengan intensitas sinyal-sinyal yang membangkitkannya → sinyal-sinyal yang lemah membangkitkan potensial pos-sinaptik yang kecil, dan sinyal-sinyal yang kuat membangkitkan potensial pos-sinaptik yang besar.
EPSP dan IPSP berjalan secara pasif dari tempat-tempat pembangkitannya di sinapsis, biasanya di dendrit atau badan sel, dengan cara yang sangat mirip dengan sinyal-sinyal listrik yang berjalan melalui seutas kabel.
Dua karakteristik penting transmisi potensial pos-sinaptik:
Integrasi Potensial Pos-Sinaptik dan Pembangkitan Potensial Aksi
Apakah sebuah neuron menembak, bergantung pada keseimbangan antara sinyal-sinyal eksitatorik dan inhibitorik yang mencapai aksonnya → sebelumnya diyakini bahwa potensial aksi dibangkitkan di axon hillock → mereka sebenarnya dibangkitkan di bagian yang berbatasan dengan akson tersebut.
- Potensial pos-sinaptik yang cepat
- Transmisi EPSP dan IPSP bersifat decremental → amplitudo EPSP dan IPSP berkurang ketika mereka berjalan ke sepanjang neuron → kebanyakan EPSP dan IPSP tidak berjalan terlalu jauh di sepanjang sebuah akson
Integrasi Potensial Pos-Sinaptik dan Pembangkitan Potensial Aksi
Bila jumlah depolarisasi dan hiperpolarisasi mencapai bagian akson yang bersebelahan dengan axon hillock cukup untuk mendepolarisasi membran ke tingkat yang disebut threshold of excitation, yaitu sekitar -65mV, maka sebuah potensial aksi terbangkitkan di dekat axon hillock
Potensial aksi (action potential) tersebut merupakan pembalikan membrane potential dari sekitar -70mV menjadi sekitar +50mV yang bersifat masif tetapi hanya sebentar (belangsung selama 1 milisekon). Potensial aksi ini sifatnya all-or-none response → mereka muncul dengan besaran penuh, atau tidak muncul sama sekali.
Akibat dari munculnya potensial aksi adalah penambahan semua potensial pos-sinapsis yang ada di neuron multipolar, yang mencapai aksonnya, dan memutuskan untuk menembak atau tidak menembak berdasarkan jumlahnya.
Penambahan atau penggabungan sejumlah sinyal individual menjadi sebuah sinyal keseluruhan → integrasi.
Ada dua macam penjumlahan potensial pos-sinapsis :
- Spatial summation (penjumlahan spasial) → penjumlahan yang potensial pos-sinapsis nya berasal dari 2 macam sinapsis
- Temporal summation (penjumlahan temporal) → potensial pos-sinapsis yang dijumlahkan berasal dari sinapsis yang sama
Setiap neuron terus-menerus mengintegrasikan sinyal-sinyal baik dari waktu ke waktu maupun dari ruang ke ruang selama ia terus menerus dibombardir stimuli melalui ribuan sinapsis yang menutupi dendrit dan badan selnya.
Dalam beberapa hal, penembakan sebuah neuron mirip seperti penembakan sebuah senapan → ketika pelatuk senjata ditekan, pelatuk itu secara gradual akan kembali lagi ke posisinya sampai ia menyebabkan senapan itu menembakkan peluru → ketika sebuah neuron distimulasi, ia akan menjadi kurang terpolarisasi sampai ambang eksitasinya tercapai dan penembakan terjadi.
Penembakan neural bersifat all-or-none events → menstimulasi sebuah neuron dengan lebih intens tidak akan menambah kecepatan atau amplitudo aksi yang dihasilkannya.
Konduksi Potensial Aksi
Dasar Potensial Aksi Ionik
Potensial aksi diproduksi dan dikonduksikan di sepanjang akson melalui aksi voltage-activated ion channels → saluran neuron yang membuka atau menutup sebagai respons atas perubahan tingkat membrane potential.
Membrane potential sebuah neuron pada saat resting relatif konstan. Akan tetapi segala sesuatu tiba-tiba berubah ketika membrane potential aksonnya turun sampai ke tingkat ambang eksitasi (threshold of excitation) → voltage-activated sodium channels (saluran-saluran sodium yang diaktifkan oleh voltase) dalam membran akson terbuka lebar → ion-ion Na+ bergegas masuk ke dalamnya → secara tiba-tiba mendorong membrane potential dari sekitar -70mV menjadi sekitar +50mV → memicu pembukaan voltage-activated potassium channels → ion-ion K+ di dekat membran di dorong keluar dari sel melalui saluran-saluran tersebut → potensial aksi mendekati puncak → muatan internal positif → setelah sekitar 1 milisekon saluran-saluran sodium menutup → berakhirnya rising phase (fase menanjak) potensial aksi dan dimulainya repolarisasià repolarisasi tercapai → saluran-saluran potasium secara gradual menutup → ion K+ banyak mengalir ke luar neuron → hiperpolarisasi beberapa saat.
Jumlah ion yang mengalir melalui membran selama potensial aksi terjadi, sangat sedikit bila dikaitkan dengan jumlah total di dalam dan di sekitar neuron. Potensial aksi hanya melibatkan ion-ion tepat di sebelah membran → sebuah potensial aksi hanya memiliki efek kecil pada konsentrasi relatif berbagai ion di dalam dan di luar neuron → resting ion concentration di sebelah membran dengan cepat dimantapkan lagi oleh gerakan random ion-ion.
Periode refraktori bertanggung jawab atas karakteristik penting aktivitas neural:
- Potensial aksi biasanya berjalan di sepanjang akson dengan satu arah saja
- Tingkat penembakan neural berhubungan dengan intensitas stimulasinya
Konduksi Potensial Aksi Aksonal
Konduksi potensial aksi di sepanjang sebuah akson berbeda dalam dua hal dengan konduksi EPSP dan IPSP:
Alasan untuk kedua perbedaan ini adalah bahwa konduksi EPSP dan IPSP bersifat pasif, sementara konduksi potensial aksi aksonal sebagian besar bersifat aktif.
- Konduksi potensial aksi di sepanjang akson bersifat nondekremental → potensial aksi tidak semakin melemah selama mereka berjalan di sepanjang membran aksonal
- Potensial aksi dikonduksikan dengan lebih lambat dibanding potensial pos-sinaptik
Konduksi Akson-Akson yang Termielinasi
Dalam akson-akson yang termielinasi dapat melewati membran aksonal hanya di nodes of Ranvier (nodus Ranvier) → celah-celah di antara segmen-segmen mielin yang berdekatan. Dalam akson-akson yang termielinasi, saluran-saluran sodium aksonal terkonsentrasi pada nodus Ranvier.
Ketika sebuah potensial aksi dibangkitkan dalam sebuah akson yang termielinasi → sinyalnya dikonduksikan secara pasif (secara instan dan dekremental) di sepanjang segmen mielin pertama sampai nodus Ranvier berikutnya → sinyal agak berkurang namun cukup kuat membuka voltage-activated sodium channels pada nodus itu dan untuk membangkitkan potensial aksi penuh lainnya → potensial aksi dikonstruksikan secara pasif di sepanjang akson ke nodus berikutnya → potensial aksi dibangkitkan lagi → begitu seterusnya.
Mielinasi meingkatkan kecepatan konduksi aksonal.
Transmisi potensial aksi di akson-akson yang termielinasi → saltatory conduction → sinyalnya “melompat” di sepanjang akson, dari nodus ke nodus.
Oleh karena pentingnya peran mielin didalam konduksi neural, maka tidak mengherankan bila penyakit-penyakit neurodegenaratif (penyakit-penyakit yang menyerang sistem saraf) yang menyerang mielin memiliki efek-efek merusak pada aktivitas neural dan perilaku.
Kecepatan Konduksi Aksonal
Kecepatan potensial aksi yang dikonduksikan di sepanjang akson bergantung pada diameter akson dan mielinasi → konduksi di akson-akson berdiameter besar berlangsung lebih cepat dan lebih cepat lagi di akson-akson yang termielinasi.
Neuron-neuron motorik mamalia berukuran besar dan termielinasi → sebagian di antaranya dapat mengonduksikan dengan kecepatan 100 m/detik.
Sebaliknya, akson-akson yang tidak termielinasi → mengonduksikan potensial aksi dengan kecepatan sekitar 1 m/detik.
Transmisi Sinaptik
Sekian artikel tentang Memahami Konsep tentang Konduksi Neural dalam Biopsikologi. Semoga bermanfaat.
Daftar Pustaka
Daftar Pustaka
- Pinel, John P.J. (2009). Biopsikologi: Edisi Ketujuh (Terj.) Yogyakarta : Pustaka Pelajar.
Posting Komentar untuk "Memahami Konsep tentang Konduksi Neural dalam Biopsikologi"