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Chapter 4

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Paul Mallet

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PS263 CH.4 Textbook Notes 01/13/2014 Chapter 4: Neural Conduction and Synaptic Transmission PS263 CH.4 Textbook Notes 01/13/2014 4.1 Resting Membrane Potential Membrane Potential: The difference in electrical charge between the inside and the outside of a cell Recording Membrane Potential Tip of electrode must be inside the neuron and the tip of another electrode outside the neuron in  extracellular fluid Microelectrodes: Intracellular electrodes Resting Membrane Potential Voltage difference between the 2 is =0 when both electrode tips are in extracellular fluid When tip of intracellular electrode is inserted into the neuron, potential of ­70 mV is recorded Indicates potential inside the resting neuron is 70 mV less than the outside of the neuron Resting Potential: Steady membrane potential of approximately ­70 mV Charge built up during resting state across membrane Polarized Ionic Basis of the Resting Potential Ions: Positively or negatively charged particles Resting potential results from the fact that the ratio of negative to positive charges is greater inside the  neuron than outside Unequal distribution due to 4 factors: 2 factors act on distributing ions 2 features of the neural membrane that counteract homogenizing effects Random Motion Ions and particles always in constant motion, tend to be evenly distributed More likely to move down concentration gradient rather than up PS263 CH.4 Textbook Notes 01/13/2014 Move from areas of high concentration to low Electrostatic Pressure Accumulation of charges in one area tends to be dispersed by the repulsion among the charges in the  vicinity and the attraction of opposition charges elsewhere No single class of ions is distributed equally on the 2 sides of the neutral membrane 4 Kinds of ions contribute to resting potential: Sodium ions (Na+) Potassium ions (K+) Chloride ions (Cl­) Various negatively charged protein ions 2 properties of neural membrane are responsible for unequal distribution of the 4 kinds of ions 1 if passive (requires no energy) Neural membrane has a differential permeability to those ions In resting neurons, K+ and Cl­ pass, but Na+ pass with difficulty 1 is active (requires energy) Ion Channels: Specialized pores on neural membrane that ions pass through Hodgkin & Huxley Nobel Pize Research: Electrostatic charge to offset tendency of 3 ions to move down gradient was ­70 mV Concluded that when neurons rest, the unequal distribution of Cl­ ions across membrane is maintained in  equilibrium by the balance between the tendency of the Cl­ ions to move down their concentration  gradient into the neuron   70 mV electrostatic pressure driving them out 90 mV required to keep intracellular K+ ions from moving down their gradient PS263 CH.4 Textbook Notes 01/13/2014 50 mV of outward pressure required to keep Na+ ions from moving down their gradient In total, 120 mV of pressure is acting to force Na+ ions into resting neurons K+ ions are consistently being driven out of resting neurons by 20 mV of pressure Driven in by 120 mV of pressure Discovered there are active mechanisms in membrane to counteract influx of Na+ ions by pumping Na+  ions out to counteract the efflux of K+ ions by pumping K+ ions back out Figure 4.2 Passive and active factors that influence distribution of ions in membranes: Passive drive K+ out of resting neuron and Na+ in Actively pumps K+ in and Na+ actively pumped out to maintain resting equilibrium Transport of Na+ ions out and K+ ions in are not independent Ion transport is performed by energy­consuming mechanisms in membrane  Exchanges 3 Na+ ions inside the neuron for 2K+ ions outside Sodium­Potassium Pumps Transporters: Mechanisms in the membrane of a cell that actively transport ions or molecules across the  membrane PS263 CH.4 Textbook Notes 01/13/2014 4.2 Generation & Conduction of Postsynaptic Potentials Neurotransmitters are released when neurons fire Diffuses across synaptic clefts and interact with receptors on the receptive membranes of the next neurons  in the circuit When neurotransmitters bind to postsynaptic receptors, there are 1 of 2 effects Dependent on structure of neurotransmitter and receptor They may  depolarize  hyperpolarize Depolarize: Decrease the resting membrane potential EXAMPLE: ­70 to ­67 mV Hyperpolarize: Increase the resting membrane potential EXAMPLE: ­70 to ­72 mV Postsynaptic depolarizations arexcitatory postsynaptic potentials (EPSPs) Increases likelihood that the neuron will fire Postsynaptic hyperpolarizations are inhibitory postsynaptic potentials (IPSPs) Decreases likelihood that the neuron will fire Both EPSPs and IPSPs are grades responses Graded Responses: Amplitude of EPSPs and IPSPs are proportional to the intensity of the signals that  elicit them Weak signals elicit small postsynaptic potentials Most EPSPs and IPSPs do not travel far from site of generation before fading out They never travel very far along an axon PS263 CH.4 Textbook Notes 01/13/2014 4.3 Integration of Postsynaptic Potentials & Generation of Action Potentials Neuron firing depends on the balance between the excitatory and inhibitory signals reaching its axon Once believed action potentials were generated at the axon hillock Axon Hillock: Conical structure at the junction between cell body and axon Action potentials are generated in the adjacent section of the axon EPSPs/IPSPs are conducted to the axon hillock Threshold of Excitation: Usually above ­65 mV An action potential may be generated near axon hillock at this level Action Potential: Massive but momentary reversal of the membrane potential from ­70 to +50 mV Lasts 1 millisecond All­Or­None Responses: Responses that either occur to full extent or do not occur at all Integration: Adding/combining a number of individual signals into 1 overall signal Spatial Summation: Temporal Summation: PS263 CH.4
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