Учебное пособие к курсу "Нейронные сети" для студентов 5 курса магистратуры

Нервный импульс

Нервный импульс (спайк) – процесс распространения возбуждения по аксону от тела клетки (аксонного холмика) до окончания аксона. Это основная единица информации, передаваемая по волокну, поэтому модель генерации и распространения нервных импульсов (НИ) — одна из важ* нейших в теории НС.
Импульсы по волокну передаются в виде скачков потенциала внутриклеточной среды по отноше* нию к внешней среде, окружающей клетку. Скорость передачи – от 1 до 100 м/с. Для миелинизиро* ванных волокон скорость передачи примерно в 5 – 10 раз выше, чем для немиелинизированных.
При распространении форма спайка не меняется. Импульсы не затухают. Форма спайка фикси* рована, определяется свойствами волокна и не зависит от того, каким способом создан импульс.

На рис. показаны нервные импульсы, возникающие в зрительном нервном волокне при воздей* ствии вспышки света постоянной длительности для различных интенсивностей вспышки. Свет воз* действовал на фоторецепторы и вызывал импульсацию в соответствующем зрительном волокне.






Рис. . Потенциал цитоплазмы относительно межклеточной среды в зрительном волокне при воздей- ствии световой вспышки различной интенсивности.
Видно, что от интенсивности света зависит не амплитуда импульсов и их форма, а плотность и общее количество.

Для возбуждения и регистрации НИ можно использовать такую схему:






Рис. . Возбуждение и регистрация нервных импульсов.
Подавая на возбуждающий электрод электрические импульсы различной длительности и ампли* туды, можно фиксировать возникающие при этом импульсы.
Оказалось, что зависимость минимального возбуждающего тока, при котором возникают нерв* ные импульсы, от времени возбуждения имеет вид гиперболы:

M


I ^a  b _,
t
где I_M — минимальный ток, при котором возникает импульсация при данной длительности _t
возбуждения. Данная формула — эмпирическая.
Параметры а и b имеют следующий смысл. b называется реобазой и задает минимальный ток воз* буждения, при котором вообще может возникнуть импульсация. Если возбуждающий ток _{I  b} , то импульсов не возникнет при любом _t . Количество электричества, необходимое для возбуждения

импульсов, при малых _t
примерно постоянно:
I t  a ^.

M
Экспериментально было открыто свойство рефрактерности: после того, как по волокну прошел нервный импульс, в течение нескольких миллисекунд новые импульсы не возбуждаются при любом
I_M ^{. Поэтому между нервными импульсами всегда есть минимальный интервал времени — период} рефрактерности.