Az emberi agy valószínűleg a legbonyolultabb és egyben a legimpozánsabb dolog, amit a természet a mögöttünk álló röpke 3-4 milliárd év alatt létrehozott. Rendkívüli bonyolultsága ellenére azonban a működése egyszerű elemi folyamatokon alapszik. A blog felvezetéseként egy néhány részes videó tutorial formájában ezeket az alapfolyamatokat fogjuk bemutatni, hogy később aztán fejest ugorhassunk a mélyebb témákba is.
Az agyat felépítő idegsejtek működésének és kommunikációjának alapja az akciós potenciál néven emlegetett elektromos hullám, amely lehetővé teszi, hogy az információ az idegsejt mentén A pontból B pontba juthasson. Valahogy így:


Mi is történt itt voltaképp?

Az akciós potenciál kialakulása annak köszönhető, hogy a sejten belül és azon kívül, az extracelluláris térben eltérő a sejtek működésének szempontjából legfontosabb három ion, a Na⁺ (a videón a kék gömbök), a K⁺ (a rózsaszín gömbök) és a Cl^- koncentrációja. A sejt belsejében az extracelluláris térhez képest jóval alacsonyabb Na⁺ és Cl^-, illetve magasabb K⁺ koncentráció alakul ki. Ennek következtében a sejtmembrán belső fele a külsőnél negatívabbá válik. A membrán két oldala között kialakuló feszültségkülönbséget nevezzük nyugalmi membránpotenciálnak. Ennek értéke idegsejtekben -70 mV körül van. Ezt fogja kibillenteni az akciós potenciál, aminek lefutása az alábbi képen látható.
Az idegsejtet érő stimulus hatására a membránpotenciál értéke lokálisan növekedni kezd. Ha csak egy keveset növekszik, akkor nem történik semmi, a stimulus nem tudja kiváltani az akciós potenciált. Amennyiben azonban a feszültség elér egy adott küszöbértéket, akkor megnyílnak a membránban található feszültségfüggő Na⁺-csatornák (a kék csatornák a videón), és a Na⁺ ionok megindulnak a sejt belseje felé. Ennek hatására a membránpotenciál még tovább emelkedik, aminek következtében újabb Na⁺-csatornák nyílnak, és ez az öngerjesztő folyamat rendkívül gyorsan, körülbelül 1 ms alatt +40 mV közelébe emeli a membránpotenciált. Ez a feszültség azután elektromosan továbbterjed a sejt felszínén és a közelben újabb Na⁺-csatornákat késztet nyitásra, megteremtve ezzel az információtovábbítást a sejtben.

Közben azonban vissza kell állítani az eredeti állapotot, a nyugalmi membránpotenciált, hogy egy következő stimulust újra fogadni tudjon a rendszer. Amellett, hogy a Na⁺-csatornák bizonyos idő után automatikusan bezárulnak, ezt a célt szolgálják a K⁺-csatornák is, melyek szintén a feszültségtől függően nyílnak meg, körülbelül -30 mV környékén. Mivel káliumból a sejt belsejében van több, ezért a nyitott K⁺-csatornákon keresztül a K⁺ kifelé fog áramlani. Ezáltal a membránpotenciál újra esésnek indul, kicsit még túl is lövi magát és -70 mV alá esik, de a K⁺-csatornák bezáródását követően visszaáll a nyugalmi állapot. Ezután már csak arra van szükség, hogy Na⁺ és K⁺ ionok újra a helyükre kerüljenek. Ezt a feladatot a Na⁺/K⁺ pumpa látja el, amely az ATP molekulákban tárolt energiát felhasználva kicseréli a kijutott K⁺ ionokat a sejt belsejébe került Na⁺-ra.

Az információ ezzel sikeresen eljutott a sejt egyik pontjából a másikba. A videó tutorial sorozat következő részében azt mutatjuk majd be, mi történik akkor, amikor az információ a végállomásához ér, hogyan adódik ott át egy másik idegsejtre.