محاكي جهد الفعل
المعادلات في هذه المحاكاة
| V | جهد الغشاء (الداخل ناقص الخارج) | يستقر عند −65 mV؛ وتأخذه الدفعة إلى نحو +40 mV لمدة ملي ثانية | |
|---|---|---|---|
| C_m | سعة الغشاء | 1 µF/cm²: الطبقة الدهنية الرقيقة تخزن الشحنة كمكثف | |
| I_stim | تيار التحفيز I_stim (µA/cm²) | يُحقن طوال مدة النبضة | |
| g_Na, g_K, g_L | الموصليات القصوى | 120 و36 و0.3 mS/cm² في محور الحبار العملاق، مضروبة في نسبة القنوات العاملة | |
| I_Na, I_K | تيارا الصوديوم والبوتاسيوم | السالب يعني إلى الداخل: يندفع الصوديوم إلى الداخل في الصعود، ويخرج البوتاسيوم في الهبوط |
بالقيم الحالية:
| E_Na | جهد توازن الصوديوم | تركيز Na⁺ في الخارج نحو 8 أضعاف، فيُسحب إلى الداخل حتى يبلغ الداخل نحو +50 mV | |
|---|---|---|---|
| E_K | جهد توازن البوتاسيوم | تركيز K⁺ في الداخل نحو 24 ضعفًا، فتسحب قنواته الجهد نحو −77 mV | |
| T | درجة الحرارة T (°C) | ترفع RT ÷ F قليلًا وتسرّع كل بوابة 3 مرات لكل 10 °C |
بالقيم الحالية:
| m | بوابة تنشيط الصوديوم | تنفتح بسرعة مع ارتفاع الجهد: التغذية الراجعة الموجبة التي تصنع الدفعة | |
|---|---|---|---|
| h | بوابة تعطيل الصوديوم | تنغلق ببطء أكبر وتبقى مغلقة بضع ملي ثوانٍ: فترة الجموح | |
| n | بوابة تنشيط البوتاسيوم | تنفتح ببطء وتعيد الجهد إلى الأسفل، متجاوزة جهد الراحة | |
| φ | عامل درجة الحرارة 3^((T − 6.3) ÷ 10) | قاس هودجكن وهكسلي عند 6.3 °C |
| I_threshold | تُوجد بتجربة التحفيزات | الدفعة كل شيء أو لا شيء: تحت العتبة يتعافى الغشاء، وفوقها تنطلق الدفعة كاملة مهما كان التحفيز |
|---|
بالقيم الحالية:
كيف تستخدم محاكي جهد الفعل
- يبدأ الغشاء في حالة الراحة، عند نحو −65 mV، ويتلقى نبضة تحفيز. تنفتح قنوات الصوديوم (الزرقاء)، وتندفع أيونات Na⁺ الصفراء إلى الداخل، ويقفز الجهد، ثم تنفتح قنوات البوتاسيوم (البرتقالية) وتخرج أيونات K⁺ البنفسجية فتعيده إلى الأسفل. يتوهج شريط الغشاء بالأحمر أثناء جهد الفعل.
- خفّض تيار التحفيز تحت العتبة الظاهرة أسفل الرسم واضغط «حفّز»: يرتفع الجهد قليلًا ثم يعود دون جهد فعل. وفوقها، ينطلق جهد الفعل الكامل في كل مرة، مهما كانت الشدة. هذا قانون الكل أو لا شيء.
- فعّل «كرّر التحفيز» وارفع التردد لترى فترة الجموح: بدءًا من بضع مئات من النبضات في الثانية لا يستطيع الغشاء الاستجابة لها كلها. احجب قنوات الصوديوم (TTX) أو البوتاسيوم (TEA)، أو سخّن الغشاء، وشاهد كيف يتغير شكل جهد الفعل في رسوم الجهد والبوابات والتيارات.
الأسئلة الشائعة
ما الذي يولّد جهد الفعل؟
قنوات الصوديوم المعتمدة على الجهد. إزالة استقطاب صغيرة تفتح بعضها؛ فيدخل الصوديوم ويزيد إزالة استقطاب الغشاء، ما يفتح المزيد: تغذية راجعة موجبة تدفع الجهد نحو جهد اتزان الصوديوم، نحو +50 mV. وفي أقل من ميلي ثانية تتعطل قنوات الصوديوم وتنفتح قنوات البوتاسيوم الأبطأ، فيخرج البوتاسيوم وينخفض الجهد، لحظيًا إلى ما دون الراحة.
ما العتبة؟
الجهد، أو المحفز، الذي يتجاوز عنده دخول الصوديوم تيارات البوتاسيوم والتسرب المعاكسة، فتتولى التغذية الراجعة الموجبة القيادة. وتُعطى هنا كأصغر تيار تحفيز يطلق جهد فعل بمدة النبضة المختارة؛ والنبضة الأقصر تحتاج إلى تيار أكبر.
ما فترة الجموح؟
لمدة نحو ميلي ثانية بعد جهد الفعل لا يستطيع أي محفز إطلاق آخر، لأن قنوات الصوديوم معطلة (البوابة h مغلقة): فترة الجموح المطلقة. ولبضع ميلي ثوانٍ أخرى يلزم محفز أقوى من المعتاد، بينما تتعافى h وتبقى قنوات البوتاسيوم مفتوحة: فترة الجموح النسبية. تحد من سرعة إطلاق العصبون وتجعل جهود الفعل تسير في اتجاه واحد على طول المحور العصبي.
ما معادلات هودجكن-هكسلي؟
النموذج الذي لاءمه آلان هودجكن وأندرو هكسلي عام 1952 مع قياساتهما في المحور العصبي العملاق للحبار، ونالا عنه جائزة نوبل مشاركةً. يعامل الغشاء كمكثف مع موصليات للصوديوم والبوتاسيوم والتسرب على التوازي، تنفتح بواباتها m وh وn وتنغلق بسرعات تعتمد على الجهد. تكامل المحاكاة معادلاتهما، بمعاملاتهما الأصلية، بخطوات 0.01 ms.
تقول إن WebGL معطّل.
يحتاج العرض ثلاثي الأبعاد إلى WebGL، وهو موجود في كل المتصفحات الحالية. قد يكون معطّلًا إن كان تسريع العتاد مطفأً في إعدادات المتصفح، أو بسبب برنامج تشغيل رسومي قديم جدًا. فعّل تسريع العتاد أو جرّب متصفحًا آخر.
هل يُرفع أي شيء؟
لا. يرسم متصفحك نفسه المحاكاة بـ WebGL؛ لا يُرسل شيء إلى أي مكان، وتستمر في العمل دون اتصال بعد تحميل الصفحة.