I potenziali d’azione, assoni e dendriti

Il potenziale d’azione è una caratteristica degli assoni

I potenziali d’azione sono principalmente una proprietà degli assoni. La membrana dei dendriti e dei corpi cellulari, di regola, non produce potenziali d’azione sodio-dipendenti. La ragione è tanto semplice quanto fondamentale: quella membrana possiede pochissimi canali voltaggio-dipendenti per il sodio, che sono i protagonisti indispensabili della fase esplosiva dell’impulso.

Solo la membrana che contiene le molecole proteiche specializzate, cioè un’alta densità di canali del sodio voltaggio-dipendenti, è capace di generare potenziali d’azione. È un principio importante: non è la cellula nel suo insieme a essere uniformemente eccitabile, ma soltanto le sue regioni dotate del corredo molecolare adatto. La distribuzione dei canali sulla membrana, insomma, decide dove può nascere l’impulso.

Il cono d’integrazione: dove nasce lo spike

Il punto in cui l’assone origina dal corpo cellulare prende il nome di cono d’integrazione. Proprio per la sua capacità di dare avvio all’impulso, questa regione è chiamata anche zona che dà origine agli spike. È qui, nella maggior parte dei neuroni, che il potenziale d’azione viene innescato, grazie a un’elevata concentrazione di canali del sodio voltaggio-dipendenti.

Il nome cono d’integrazione non è casuale. Questa zona funge da punto di raccolta e valutazione di tutti i segnali che arrivano al neurone. Il cono somma i contributi eccitatori e inibitori provenienti dalle sinapsi e decide, in base al risultato, se generare o meno un potenziale d’azione. È il vero centro decisionale della cellula nervosa.

Come i dendriti e il soma contribuiscono

Se dendriti e corpo cellulare non generano di norma potenziali d’azione, qual è allora il loro ruolo? In un tipico neurone del cervello o del midollo spinale, l’input sinaptico proveniente da altri neuroni provoca la depolarizzazione dei dendriti e del soma. Questi segnali locali, di per sé, non sono impulsi propaganti, ma variazioni graduate del potenziale di membrana.

Tali variazioni si diffondono passivamente fino al cono d’integrazione. Se la loro somma depolarizza la membrana del cono al di là del livello di soglia, allora, e solo allora, viene generato il potenziale d’azione. Dendriti e soma, quindi, raccolgono e integrano l’informazione; l’assone, a partire dal cono, la converte in impulsi e la trasmette. È una divisione del lavoro precisa tra le diverse parti del neurone.

Il caso dei neuroni sensoriali

Non in tutti i neuroni la zona che dà origine allo spike si trova esattamente al cono d’integrazione presso il soma. In molti neuroni sensoriali questa zona è collocata vicino alle terminazioni del nervo sensitivo, cioè là dove lo stimolo dal mondo esterno viene trasformato in segnale elettrico.

In questi neuroni la depolarizzazione causata dalla stimolazione sensoriale, per esempio una pressione, il calore o una molecola odorosa, porta direttamente alla generazione di potenziali d’azione nella regione ricettiva. Da lì gli impulsi si propagano lungo i nervi sensitivi fino al sistema nervoso centrale. Cambia dunque la posizione del punto di innesco, ma il principio resta lo stesso: lo spike nasce dove la membrana possiede la densità di canali del sodio necessaria e dove la depolarizzazione supera la soglia.

Segnali graduati e segnali tutto-o-nulla

La distinzione tra dendriti, soma e assone corrisponde a due modi diversi di trattare l’informazione elettrica. Nei dendriti e nel corpo cellulare prevalgono i segnali graduati: variazioni del potenziale di membrana la cui ampiezza dipende dall’intensità dello stimolo ricevuto e che tendono ad attenuarsi man mano che si diffondono. Sono segnali analogici, adatti a essere sommati e integrati, ma non a percorrere lunghe distanze senza indebolirsi.

Nell’assone, al contrario, domina il potenziale d’azione, un segnale tutto-o-nulla: o supera la soglia e scatta con piena ampiezza, oppure non si genera affatto. Questo tipo di segnale, proprio perché si rigenera lungo l’assone, può percorrere grandi distanze senza perdere intensità. Il neurone, quindi, combina i due linguaggi: raccoglie e pesa i segnali graduati nei dendriti e nel soma, e li converte in una sequenza di impulsi tutto-o-nulla nel cono d’integrazione. È questa traduzione a rendere possibile una comunicazione al tempo stesso ricca e affidabile.

Perché tutto questo conta per la comunicazione neuronale

Comprendere dove nasce il potenziale d’azione aiuta a capire come i neuroni prendono decisioni. Ogni cellula nervosa riceve continuamente migliaia di segnali, alcuni eccitatori e altri inibitori, provenienti da altri neuroni. Il cono d’integrazione somma questi contributi momento per momento e stabilisce se la soglia viene superata. In caso affermativo, parte un impulso; in caso contrario, il neurone resta silente. È un vero e proprio calcolo, svolto in tempo reale.

Questa architettura spiega perché il neurone non sia un semplice interruttore, ma un’unità di elaborazione. La separazione dei ruoli tra dendriti che ricevono, soma che integra e assone che trasmette è il fondamento su cui poggiano percezione, movimento e pensiero. Ogni volta che percepiamo uno stimolo o compiamo un’azione, alla base c’è questa continua conversione di segnali graduati in treni di impulsi, generati proprio là dove la membrana possiede i canali giusti.

Domande frequenti

Perché i dendriti non generano potenziali d’azione?

Perché la loro membrana possiede pochissimi canali voltaggio-dipendenti per il sodio. Senza un’alta densità di questi canali non può prodursi la rapida fase esplosiva dell’impulso. I dendriti quindi raccolgono e trasmettono in modo graduato i segnali sinaptici, ma non generano spike.

Che cos’è il cono d’integrazione?

È la regione in cui l’assone origina dal corpo cellulare ed è ricca di canali del sodio voltaggio-dipendenti. Qui vengono sommati i segnali eccitatori e inibitori ricevuti dal neurone e, se la soglia viene superata, nasce il potenziale d’azione. Per questo è chiamato anche zona che dà origine agli spike.

Qual è il ruolo di dendriti e corpo cellulare?

Ricevono l’input sinaptico da altri neuroni e generano variazioni graduate del potenziale di membrana. Questi segnali si diffondono fino al cono d’integrazione, dove la loro somma determina se innescare o meno un impulso. Dendriti e soma integrano l’informazione, l’assone la trasmette.

Dove nasce lo spike nei neuroni sensoriali?

In molti neuroni sensoriali la zona che dà origine allo spike si trova vicino alle terminazioni del nervo sensitivo. Lì la stimolazione sensoriale depolarizza la membrana e genera i potenziali d’azione, che poi viaggiano lungo i nervi sensitivi verso il sistema nervoso centrale.