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Chapter 3

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University of Toronto St. George
Ashley Waggoner Denton

CHAPTER 3 – Genetic and Biological Foundations P87 Nervous system ­ A communication network comprised of billions of specialized cells, evaluates info from the external world then produces  behaviours or makes bodily adjustments to adapt to the environment Neuron ­ The basic unit of the nervous system ­ Cells that specialize in communication ­ Operate through electrical impulses and communicate with other neurons through chemical signals ­ They differ from most other cells because they are excitable ­ Have 3 functions:  o Reception: take in info from neighboring neurons o Conduction: integrate those signals o Transmission: pass signals to other neurons ­ Come in a wide assortment of shapes and sizes, but typically share 4 structural regions that assist the  neuron’s  communication functions 1) Dendrites: branchlike extensions of the neuron that detect info from other neurons 2) Cell body: in the neuron, where info from thousands of other neurons is collected and processed 3) Axon: a long narrow outgrowth of a neuron by which info is transmitted to other neurons   4) Terminal buttons: small nodules at the end of axons that release chemical signals from the neuron to an area  called synapse • Synapse: the site for chemical communication between neurons • Lipids: double layer of fatty molecules of the membrane, the boundary of a neuron    • Membrane: involved in communication between neurons by regulating the concentration of  electrically charged molecules that are the basis of the neuron’s electrical activity ­ A neuron: messages are received by the dendrites, processed in the cell body, transmitted along the axon, and sent to other  neurons via chemical substances released from the terminal buttons Types of Neurons 1) Sensory neurons: these afferent neurons detect info from the physical world and pass that info along to the  brain, usually via the spinal cord • Afferent neurons: receptors send signals from the body to the brain to produce a response 2) Motor neurons: these efferent neurons direct muscles to contract or relax, thereby producing movement • Efferent neurons: receptors send signal that travel from the brain to the body 3) Interneurons: these neurons communicate only with other neurons, typically within a specific brain region,  communicate within local or short­distance circuits, that is, interneurons integrate neural activity within a single  area rather than transmitting info to other brain structures or to the body organs  ­ Together, sensory and motor neurons control movement ­ The nerves that provide info from muscles are referred to as somatosensory, which is the general term for sensations  experienced from within the body ­ Neurons don’t communicate randomly or arbitrarily, they selectively communicate with other neurons to form circuits or  neural networks. These networks develop through maturation and experience, forming permanent alliances among groups of  neurons Action potentials cause neuronal communication ­ Action potential (neuronal firing): the neural impulse (electrical signal) that passes along the axon and subsequently causes  the release of chemicals from the terminal buttons to other neurons The resting membrane potential is negatively charged  ­ Resting membrane potential: the electrical charge of a neuron when it is not active ­ The differential electrical charge inside and outside of the neuron is a condition known as polarization.  The roles of sodium and potassium ions ­ Two types of ions that contribute to a neuron’s resting membrane potential are sodium ions and potassium ions ­ The flow of ion through their channels is controlled by a gating mechanism  ­ as a result of the selective permeability of the cell membrane, there is more potassium inside the neuron than sodium, which  contributes to polarization ­ The channels are specialized for specific ions Changes in Electrical Potential Lead to Action ­ Firing means passing a signal along the axon and releasing chemicals from the terminal buttons ­ the signals arrive at the dendrites by the thousands ­ 2 types 1) Excitatory: signals stimulate the neuron to fire, depolarization 2) Inhibitory: signals reduce the likelihood of the neuron’s firing, hyperpolarization ­ Signals work by affecting polarization in the cell membrane  ­ Depolarization causes a change in the permeability of the cell membrane, which opens the gates of sodium channels and  slows sodium to rush into the neuron, this influx of sodium causes the inside of the neuron to become slightly more positively  charged than the outside ­ This change from a negative to a positive charge inside the neuron is the basis of the action potential ­ Signals that are inhibitory lead to hyperpolarization of the cell membrane, in which sodium channels become even more  resistant to the passage of sodium. This hyperpolarization means that it will be more difficult for excitatory signals to cause  neuronal firing Action potentials spread along the Axon ­ Inhibitory and excitatory signals received by the dendrites are integrated within the neuron ­ When the neuron fires, the depolarization of the cell membrane moves along the axon like a wave, which is called  propagation Absolute and relative refractory periods  ­ Once the gating mechanism stops the flow of sodium into the neuron, potassium stops leaving, during which a decreased  concentration of potassium in the cell body momentarily creates a state of hyperpolarization. During this brief period, known  as the absolute refractory period, it is impossible for the neuron fire, which keeps the action potential from repeating up and  down the axon in a kind of ripple effect ­ The signal can’t travel backward because the preceding axonal section is in the refectory period and its sodium ion channels  are blocked.  All­or­non principle ­ the firing of the neuron is all or none­a neuron cannot partially fire ­ All­or­none principle: dictates that a neuron fires with the same potency each time, but at intervals of different frequency  depending on the strength of simulation.  The Myelin sheath ­ Myelin sheath: a fatty material, made up of glial cells, that insulates the axon and allows for the rapid movement of electrical  impulses along the axon ­ Nodes of Ranvier: small gaps of exposed axon, between the segments of myelin sheath, where action potential are  transmitted Multiple sclerosis  ­ decay of myelin sheath surrounding axons, affects mostly young adults  ­ since the myelin insulation helps messages move quickly along axons, demyelination slows down neural impulses ­ axons short­circuit, normal neuronal communication is interrupted, brain hardening, scaring ­ motor actions become jerky, lose ability to coordinate movements ­ both genetic (more common in identical twins, Caucasians) and environmental (cold climates when young) o May have its origin in a slow­acting infection contracted early in childhood, no cure Neurotransmitters bind to receptors across the synapse Synaptic cleft ­ a small space between neurons that contains extracellular fluid  ­ site of chemical communication between neurons ­ action potentials cause neurons to release from their terminal buttons chemical that travel across the synaptic cleft and are  received by the dendrites of other neurons ­ the neuron that sends the signal is called presynaptic, and the one that receives the signal is called postsynaptic  ­ inside terminal buttons are vesicles containing neurotransmitters ­ Neurotransmitter: a genetic word used for chemical substances that carry signals across the synaptic cleft from one neuron to  another, then spread across the cleft and attach, bind, to receptors on the postsynaptic neuron ­ The binding causes ion channels to open, which changes the membrane potential at that location, thus affecting the  probability that the neuron will fire ­ Receptors: are specialized protein molecules o if neurotransmitter depolarizes membrane, it is excitatory higher probability receiving neuron will fire  o if neurotransmitter hyperpolarizes membrane, it is inhibitory, less likely to fire Relationship between receptors and neurotransmitters ­ each receptor can be influenced by only one type of neurotransmitter ­ Drugs and toxins can mimic neurotransmitters and bind with their receptors as if they were the real thing Terminating synaptic transmission ­ the 3 events that terminate the influence of transmitters in the synaptic cleft: 1) Reuptake: the neurotransmitter is taken back into the presynaptic terminal buttons, thereby stopping its activity a. cycle of reuptake and release repeats continuously  b. action potential prompts release and then take it back for recycling 2) Enzyme deactivation: the neurotransmitter is destroyed by an enzyme, thereby terminating its activity a. different enzymes break down different neurotransmitters 3) Autoreceptors: a neuron’s own neurotransmitter receptors, which regulate the release of the neurotransmitters  a. bind with their own receptors b. autoreceptors monitor how much neurotransmitter has been released into synapse c. when excess detected, autoreceptors signal the neuron to stop releasing the neurotransmitter All three methods regulate activity of neurotransmitters in synaptic cleft.  How do neurotransmitters (NT) influence emotion thought and behaviour? ­ All neurotransmitters act to enhance or inhibit action potentials, by depolarizing or hyperpolarizing postsynaptic cell  membranes  ­ Many substances, such as drugs and toxins, can alter the action of neurotransmitter
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