Dẫn truyền tín hiệu cường độ đau trong bó thần kinh: tổng hợp theo không gian và thời gian

Sự nhận biết của chúng ta về những tín hiệu bên trong cơ thể và từ môi trường xung quanh được thực hiện qua trung gian là hệ thống phức tạp các receptor cảm giác giúp phát hiện các kích thích như đụng chạm, âm thanh, ánh sáng, đau, lạnh và nhiệt.

Một trong số những đặc điểm của mỗi tín hiệu thần kinh được truyền đi là cường độ của tín hiệu - ví dụ, cường độ đau. Các mức khác nhau của cường độ có thể được truyền đi hoặc bằng việc sử dụng số lượng lớn hơn các sợi dẫn truyền song song hoặc bằng việc gửi đi nhiều điện thế hoạt động hơn dọc một theo sợi thần kinh. Cả 2 cơ chế này được gọi tên lần lượt là sự tổng hợp theo không gian và sự tổng hợp theo thời gian.

Hình. Mô hình kích thích các sợi đau trong dây thần kinh dẫn từ vùng da bị kim châm. Mô hình kích thích này là một ví dụ về tổng hợp không gian.

Sự tổng hợp theo không gian

Các hiện tượng của sự tổng hợp theo không gian, nhờ đó làm tăng cường độ tín hiệu được dẫn truyền bằng việc sử dụng số lượng lớn dần các sợi thần kinh. Hình này cũng minh họa một lát cắt trên da được phân bố một số lượng lớn những sợi cảm giác đau song song. Mỗi sợi loại này phân nhánh thành hàng trăm tận cùng thần kinh tự do để hoạt động như những receptor đau. Toàn bộ bó sợi thần kinh từ một sợi cảm giác đau trải ra trên một vùng da có kích thước lớn khoảng 5cm.Vùng nay được gọi là vùng nhận cảm (vùng receptor) của sợi thần kinh đó. Các tận cùng thần kinh tập trung nhiều ở trung tâm của vùng nhưng giảm đi ở ngoại vi. Một điều nữa có thể thấy trong hình là các sợi phân nhánh chồng khớp với những sợi cảm giác đau khác. Do đó, một vết kim châm trên da thường kích thích vào những tận cùng thần kinh đồng thời từ nhiều sợi cảm giác đau khác nhau. Khi vết kim châm nằm ở trung tâm của vùng nhận cảm của các sợi cảm giác đau riêng biệt, mức độ kích thích tác động lớn hơn nhiều so với khi kích thích vào phần ngoại vi của vùng vì tại đây, số lượng các đầu thần kinh tự do lớn hơn nhiều ở ngoại vi.

Ba phần cắt ngang bó sợi thần kinh dẫn truyền từ da. Phía bên trái là tác động của một kích thích yếu, với chỉ một dây thần kinh ở chính giữa bó được kích thích mạnh (là các sợi được tô màu đỏ), trong khi đó vài sợi thần kinh liền kề bị kích thích yếu (sợi màu nửa đỏ). 2 trường hợp còn lại minh họa tác động của kích thích ở mức trung bình và mạnh, với số sợi bị kích thích nhiều hơn đáng kể. Như vậy, các tín hiệu mạnh lan truyền đến càng nhiều sợi thần kinh. Quá trình này được gọi là hiện tượng tổng hợp theo không gian.

Hình. Dịch cường độ tín hiệu thành một chuỗi xung thần kinh được điều biến tần số, cho biết cường độ của tín hiệu (ở trên) và các xung thần kinh riêng biệt (ở dưới).

Sự tổng hợp theo thời gian

Cách thứ hai để dẫn truyền các tín hiệu có cường độ tăng là tăng tần số của xung thần kinh trong mỗi sợi, được gọi là tổng hợp theo thời gian.