O que o termo constante de tempo de membrana significa em neurociência?

Melhor resposta

A “constante de tempo de membrana” de um neurônio é simplesmente uma forma de medir a rapidez com que um neurônio ” O nível de tensão decai ao seu “estado de repouso” depois de receber um sinal de entrada.

Em física e engenharia, uma “constante de tempo” é uma maneira de descrever quão rápido ou lento um sistema reage a algo quando o A reação pode ser descrita como um decaimento exponencial.

O decaimento radioativo é um exemplo familiar de uma constante de tempo. Um elemento com uma “meia-vida” de 100 anos será 50\% menos radioativo após 100 anos. “constante de tempo” um tanto menos intuitiva é quanto tempo algo levará para chegar a 1 / e de seu valor original. A constante matemática “e” é cerca de 2,7, e 1 / e = 0,368, portanto, um elemento radioativo com um tempo constante de 100 anos estará em 37\% de sua intensidade original após 100 anos.

Os neurônios têm constantes de tempo de cerca de 5 a 20 milissegundos (ms), o que significa que após um neurônio re se receber um sinal de entrada (ou “pico”) de outro neurônio, sua voltagem aumentará rapidamente e diminuirá para 37\% acima de seu estado de repouso após 5 a 20 ms (dependendo da constante de tempo exata).

Esta imagem mostra a aparência de um pico neural de entrada (gráfico superior) e o “EPSP” (potencial pós-sináptico excitatório) (gráfico inferior). Você pode ver que o EPSP sobe rapidamente seguindo o pico de entrada e diminui para cerca de 37\% de sua voltagem após cerca de 10 ms.

O contribuidor e neurocientista do Quora Shreejoy Tripathy criou um ótimo gráfico de constantes de tempo de membrana para muitos neurônios comuns disponíveis aqui: constante de tempo da membrana

Os neurônios podem ser modelados como circuitos elétricos em miniatura, e a constante de tempo pode ser calculada a partir dos valores do circuito no modelo. Embora, na verdade, funcione ao contrário … os neurocientistas medem a constante de tempo experimentalmente e inferem os valores do circuito a partir disso. Veja a resposta de Yohan John para detalhes.

Resposta

“O tempo é a escola em que aprendemos, o tempo é o fogo em que queimamos.”

– de Calmamente caminhamos neste dia de abril por Delmore Schwartz

Não há uma definição específica de tempo do ponto de vista da neurociência. Eu diria que ninguém sabe realmente o que é o tempo – e isso inclui os físicos, que reconhecidamente lançaram muita luz sobre o assunto.

O problema central do tempo da perspectiva da psicologia é como e por que vivemos isso. Parece que estamos no presente, com a capacidade de lembrar o passado e antecipar o futuro. Muitas pessoas também sentem intuitivamente como se o futuro ainda não tivesse acontecido.

A física nos dá nenhuma noção de por que nos sentimos como se estivéssemos no aqui e agora. Do ponto de vista de pelo menos algumas interpretações da física, o tempo é “apenas” outra dimensão espacial, portanto, não existe um local “preferido” no espaço-tempo chamado de presente. Este leva algumas pessoas a chamarem o tempo de ilusão. Acho que isso está profundamente equivocado, mas é claro, o debate não pode ser encerrado facilmente.

O debate sobre a física do tempo

Mesmo entre os físicos, existem dois campos emergentes ^ 1. A ala tradicional pode ser identificada em nosso ponto atual na história da ciência (por volta de 2018) com o físico Carlo Rovelli, que argumenta em seu livro A Ordem do Tempo , que “não existe passado ou futuro” . (Ainda não li este livro.)

No outro extremo estão os físicos Lee Smolin e o próprio Richard Muller do Quora. O livro de Lee Smolin Time Reborn argumenta que a concepção tradicional da física do tempo como ilusório é problemática, e ele tenta restaurar algo semelhante às noções intuitivas de passado, presente e futuro. Eu li a maior parte do livro – eu simpatizo com a perspectiva geral, mas confesso que não entendi totalmente o que ele queria dizer.

Richard Muller também parece estar indo em uma direção semelhante com seu livro AGORA: A Física do Tempo . Eu ainda não li este livro, mas parece estar restaurando a ideia de que o futuro ainda não aconteceu.

A neurociência da percepção do tempo e da ação cronometrada

Dados neurocientíficos e experimentos não podem influenciar diretamente o debate entre os físicos. Tudo o que a neurociência pode realmente fazer é olhar para os correlatos de fenômenos como estimativa do tempo, arrastamento rítmico e alterações subjetivas na sensação da passagem do tempo.

Eu estudei um pouco disso como parte do meu trabalho de tese de doutorado ^ 2 .Eu observei um fenômeno chamado tempo de intervalo, que é a capacidade de humanos e animais de antecipar um evento recompensador ou punitivo na faixa de segundos a minutos e tomar as medidas adequadas.

Estudos mostram que dopaminérgicos e drogas colinérgicas podem afetar essa capacidade: agonistas dopaminérgicos como anfetamina e cocaína causam uma aceleração temporária na taxa de relógio interna, de modo que os sujeitos pensam que passou mais tempo do que na realidade. Os antagonistas dopaminérgicos têm o efeito oposto. Com a exposição prolongada à droga, o sujeito aprende a compensar o ‘relógio’ alterado. (É tentador conectar esses resultados com a sabedoria popular de que “o tempo voa quando você está se divertindo”.) As drogas colinérgicas têm um efeito complementar fascinante: não fazem nada imediatamente, mas gradualmente causam deslocamentos no tempo lembrado, e esses deslocamentos não podem ser compensados.

Os grandes imponderáveis ​​

Observe que esses estudos de neurociência nunca nos dizem o que o tempo é, ou o que é a percepção subjetiva do tempo. Isso apenas mostra que certas áreas do cérebro e substâncias químicas parecem estar envolvidas. Pode-se ir mais longe e dizer que a percepção do tempo envolve a medição das taxas de mudança – seja de processos externos, processos neurais internos ou (mais tipicamente) alguma combinação dos dois.

Mas dizer que o tempo é a consciência ( ou facilitador ou meio) de mudança não quer dizer muito, uma vez que a mudança só pode ser entendida em termos de tempo. Mudança é uma diferença entre dois estados… e dizemos que existem dois estados em primeiro lugar porque eles diferem em tempo .

Pensamento ao longo dessas linhas me levou a pensar no tempo, espaço, existência e mente como “imponderáveis”. É impossível para mim pensar em qualquer um deles sem usar os outros três, explícita ou implicitamente.

  1. Tempo é o desdobramento ordenado das diferenças nas propriedades, e essas propriedades precisam de algum espaço para existir. E o conceito de diferença requer uma mente engajada na comparação de antes e depois (ou aqui e ali, ou isso e aquilo).
  2. Espaço é o layout das configurações possíveis das propriedades. Só podemos nos tornar cientes de sua existência e estrutura criando caminhos sequenciais através dele no tempo. E só podemos saber que percorremos um caminho se tivermos uma mente que está acompanhando as mudanças das propriedades existentes.
  3. Existência implica algum tipo de persistência ou permanência de propriedades no tempo. E as propriedades são percebidas pela mente como tendo localização e extensão (em algum espaço, seja geométrico ou mais abstrato).
  4. Mente é aquela que está ciente das propriedades, espaço e tempo. Ele não pode se tornar consciente de si mesmo sem a mudança de algo .

Então você vê por que chamo esses quatro de Grandes Imponderáveis? 🙂

Se você acha que pode me salvar do meu pensamento circular de quatro vias (que é reconhecidamente subjetivo e fenomenológico ), deixe saber nos comentários ^ 3.

Notas e referências

^ 1 Acabei de encontrar uma série de palestras apresentando Rovelli, Smolin e Muller (e também Stuart Kauffman e muitos outros grandes pensadores). Parece muito promissor!

Tempo na cosmologia

^ 2 Aqui está um link para minha tese:

Um modelo de rede neural de aquisição conduzida por reforço e desempenho de comutação de ação cronometrada em circuitos corticostriatal

^ 3 Observe que mesmo analisar uma frase ou equação requer a capacidade de processar uma ordem ou sequência de símbolos, e isso depende implicitamente do tempo. : P

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