Говоря о потенциалах действия, мы говорим, что предыдущие нейроны вызвали потенциал действия в этом нейроне и что потенциал действия этого нейрона вызвал его в следующих нейронах.
Но каково происхождение первого потенциала действия? Может быть, в живом организме потенциалов действия изначально нет, потому что мозг всегда «включен» и какая-то часть мозга всегда может инициировать процессы в другой. Если это так, то как изначально включается мозг? Если нет, то как запускается первый потенциал действия из «состояния покоя»?
Самый первый вызванный спайк, скорее всего, вызван спонтанной активностью, поскольку даже нейроны без синаптических связей способны запускать потенциалы действия ( Luhmann et al. 2016 ). Позже в жизни нейроны могут быть возбуждены внешней средой посредством сенсорной стимуляции . В какой-то момент центральные генераторы паттернов также созревают и благодаря сетевой синхронизации или настройке внутренних свойств нейронов способны поддерживать самоподдерживающийся паттерн активности.
Тогда возникает вопрос, что вызывает спонтанную активность во время развития? Это связано с передачей сигналов кальция, как экзогенной, так и из внутренних запасов. Экзогенным триггером является паракринное высвобождение ГАМК и глутамата перед образованием синапсов ( Rosenberg and Spitzer 2011 ).
Первые спайки обычно исходят от органов чувств и возникают в результате деполяризации сенсорной клетки внешним раздражителем. Это может происходить по-разному, но общим для всех сенсорных клеток является наличие специализированных ионных каналов, которые открываются в ответ на правильный стимул (называемый адекватным стимулом). Хеморецепторы, участвующие во вкусе и обонянии, имеют мембранные каналы, которые работают так же, как постсинаптические медиаторные каналы, за исключением того, что они активируются любой молекулой или группой модул, к которым они чувствительны, а не чувствительны к молекулам-медиаторам. Связывание нужной молекулы с рецепторным каналом (прямо или опосредованно через системы вторичных посредников) обычно приводит к притоку кальция, вызывая деполяризующий рецепторный потенциал, который запускает потенциал действия. Механорецепторы имеют мембранные каналы, которые открываются для притока Са просто за счет физической деформации мембраны (посредством чрезвычайно разнообразных модификаций и сложных поддерживающих структур). Звукочувствительные рецепторы, такие как волосковые клетки в ушах позвоночных, также являются механорецепторами, стимулируемыми движением, вызванным звуковыми волнами. Фоторецепторы обычно работают с системами вторичных мессенджеров внутри рецепторной клетки, где поглощение фотона подходящим фотопигментом приводит к каскаду, который приводит к высвобождению вторичных мессенджеров, таких как GTP, которые затем связываются и запускают открытие Са. каналы. Интересным частным случаем являются электрорецепторы, обнаруженные у акул, многих рыб и некоторых млекопитающих. Здесь деполяризация рецепторной клетки непосредственно вызывается адекватным раздражителем: изменением электрического поля.