Suma temporal vs. Espacial en biología: Características, diferencias y ejemplos

¿Qué es la sumatoria en biología?

La sumatoria, en su forma más simple, es una característica que resulta de muchas entradas eléctricas discretas que cruzan la unión de las sinapsis y el montículo axónico (es decir, la neurona presináptica y postsináptica). La suma en biología ocurre en todos los organismos multicelulares con un sistema neurológico. Cada impulso por sí solo no es suficiente para desencadenar una respuesta. La suma de muchos impulsos eléctricos a través de una unión neuromuscular produce colectivamente una respuesta o potencial de acción.

La membrana postsináptica debe despolarizarse antes de que se pueda generar un potencial de acción a través del axón de una neurona. La despolarización ocurre cuando el umbral de la membrana se vuelve más positivo en el interior de la célula que en el exterior. La despolarización está regulada por dos tipos de señales: potencial postsináptico excitatorio (EPSP) y potencial postsináptico inhibitorio (IPSP). EPSP e IPSP llegan a la sinapsis de una neurona y viajan al montículo del axón mientras disminuye el voltaje. Debido a que disminuyen en voltaje, se deben enviar múltiples señales para alcanzar la carga requerida para sumarse en el montículo de axones. Los EPSP y los IPSP difieren en los cargos que envían. Los EPSP envían un flujo de iones con carga positiva a la célula postsináptica, mientras que los IPSP envían iones con carga negativa.

Las señales EPSP aumentan la probabilidad de que una neurona genere un potencial de acción al aumentar la carga positiva dentro de la neurona postsináptica y aumentar la probabilidad de despolarización. El umbral de la neurona postsináptica que recibe un potencial de acción se adelgaza aumentando progresivamente el voltaje de la membrana entre las neuronas presinápticas y postsinápticas. La despolarización se facilita por el aumento gradual del potencial de acción.

Los EPSP son análogos a un mecanismo que aumenta la sensibilidad del gatillo en un arma de fuego, es decir, reduce la cantidad de fuerza requerida para que el gatillo cruce un umbral e inicie el mecanismo de disparo. Esto hace que el gatillo sea más fácil de apretar. Esto hace que el gatillo sea más fácil de apretar. Las señales EPSP reducen efectivamente el umbral para que una neurona postsináptica reciba una señal.

Los IPSP reducen la probabilidad de que las neuronas produzcan un potencial de acción. Al disminuir el voltaje de la membrana entre las neuronas presinápticas y postsinápticas, se amplía o reduce el umbral de la neurona postsináptica que recibe un potencial de acción. Esto sería como hacer que el gatillo de un arma de fuego sea menos sensible y requiera más fuerza para apretarlo. Como resultado, los IPSP amplían el umbral lejos de una neurona postsináptica que recibe un potencial de acción.

Estos dos tipos de señalización a través de las neuronas interactúan dentro de varios tipos de suma.

Tipos de suma

Hay dos tipos de sumatoria: espacial y temporal. Estos dos tipos de sumatoria difieren en el número de neuronas involucradas. Ambos tipos de suma utilizan IPSP y EPSP para producir el potencial de acción en la neurona postsináptica o en el axón.

Suma espacial

La suma espacial implica la activación de un potencial de acción en la sinapsis de una sola neurona al recibir un potencial de acción de los montículos de axones de muchas otras neuronas. Una neurona postsináptica recibe señales de neurotransmisores de múltiples neuronas presinápticas que envían señales simultáneamente. Debido a que las señales del potencial de acción llegan simultáneamente, cualquier EPSP resultante se sumará en el montículo del axón como una gran señal compuesta.

Suma temporal

La suma temporal se produce cuando múltiples señales de potencial de acción descienden por el axón de una sola neurona para ser recibidas por la sinapsis de otra neurona. Los impulsos llegan a la neurona postsináptica de uno en uno, acumulando suficiente voltaje para producir una carga efectiva. Los EPSP que llegan rápidamente combinan suficientes cargas positivas para sumar el potencial de acción en el axón de la neurona postsináptica. La suma temporal es un mecanismo para lograr un potencial de acción que depende del tiempo, es decir, las señales del potencial de acción deben estar en rápida sucesión para lograr una carga efectiva. Esto sucede porque las señales pierden voltaje a medida que pasan de la sinapsis de la neurona al montículo del axón.

Considere dos señales EPSP enviadas a través de la misma sinapsis, pero no en rápida sucesión. Para cuando llegue la segunda señal EPSP, la primera ya se habrá desvanecido. Como resultado, los dos voltajes de la señal no se combinarían ni aumentarían la probabilidad de un potencial de acción a través de la suma temporal. La suma temporal requiere señales de disparo rápido a través de la misma sinapsis.

Suma espacial vs. Suma temporal

La diferencia entre la suma espacial y temporal es la cantidad de neuronas presinápticas involucradas que envían señales a las sinapsis de una neurona postsináptica. La suma temporal solo involucra una sola neurona presináptica, mientras que la suma espacial surge de múltiples neuronas presinápticas. Los dos tipos de sumatoria difieren en la estrategia utilizada por la(s) neurona(s) presináptica(s) para alcanzar el voltaje umbral para desencadenar un potencial de acción.

La suma temporal es sensible al tiempo porque solo una neurona presináptica envía señales. Se requieren EPSP compuestos para alcanzar el umbral de voltaje para lograr un potencial de acción porque el voltaje de la señal cae a medida que se mueve desde la sinapsis de una neurona hasta su montículo de axones. Una sola neurona presináptica debe disparar rápidamente sus EPSP para que los voltajes se acumulen en la neurona postsináptica. Si los voltajes compuestos son lo suficientemente altos, se puede lograr el potencial de acción.

La suma espacial no es sensible al tiempo. Si se unen múltiples neuronas presinápticas a una neurona postsináptica, sus señales pueden recibirse simultáneamente y dar como resultado una gran señal compuesta. Múltiples neuronas presinápticas deben enviar EPSP a la neurona postsináptica para sumar un voltaje lo suficientemente alto para producir un potencial de acción a través de la suma espacial.

Ejemplos de suma

Un niño debe elegir entre la gratificación inmediata de comer un solo osito de goma y la gratificación a largo plazo de recibir una bolsa entera de ositos de goma el viernes. El niño tiene múltiples señales en competencia que se disparan en su sistema neurológico: alcanzar el único osito de goma que está en la mesa frente a él o negar el impulso. Las neuronas del niño están disparando señales EPSP e IPSP mientras contempla la decisión en su mente. Considere que, hipotéticamente, todo se reduce a una sola neurona postsináptica unida a cuatro neuronas presinápticas que reciben la decisión final por el niño.

• El niño está obsesionado con los ositos de goma y necesita uno ahora mismo. La neurona hipotética recibe múltiples señales EPSP de las cuatro neuronas presinápticas circundantes. Las señales EPSP equivalen a un alto voltaje positivo que alcanza el umbral para un potencial de acción: el niño agarra el osito de goma y lo consume inmediatamente debido a la suma espacial.
• El niño recuerda las lecciones que le enseñaron sus padres sobre la gratificación tardía. Una de las neuronas presinápticas hipotéticas está asociada con estos recuerdos y dispara rápidamente señales IPSP a la neurona postsináptica. Esto conduce a la suma temporal de la carga negativa de las señales IPSP que contrarresta las señales EPSP espacialmente sumadas de las otras neuronas. El contrapeso es suficiente para bajar la carga positiva por debajo del umbral del potencial de acción. El resumen equivale a que la mano del niño temblando y luego repeliendo la tentación del único osito de goma con la esperanza de una bolsa entera en el futuro.

Resumen de la lección

La suma en biología es una propiedad emergente que da como resultado muchos estímulos eléctricos individuales a través de la unión de las sinapsis de una neurona y su montículo de axones. Los estímulos eléctricos pueden presentarse en dos formas: señales de potencial postsináptico excitatorio (EPSP) y señales de potencial postsináptico inhibitorio (IPSP). Los EPSP envían iones positivos que aumentan la probabilidad de que se cruce un umbral de carga y se logre un potencial de acción. Los IPSP envían iones negativos que disminuyen la probabilidad de que se alcance un umbral de carga y se logre el potencial de acción.

Hay dos tipos de suma: temporal y espacial. La suma temporal involucra una sola neurona presináptica que envía señales rápidas a la sinapsis de una sola neurona postsináptica. Debido a que las señales se reciben en rápida sucesión, se combinan en una señal mayor. La suma espacial involucra múltiples neuronas presinápticas que envían señales simultáneamente a una sola neurona. Debido a que las señales llegan simultáneamente, inmediatamente se combinan en una señal mayor.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador