অ্যাকশন পটেনশিয়াল অ্যাক্সন বরাবর বৈদ্যুতিক সংকেত দ্রুত বহন করলেও, দুটি নিউরনের মধ্যবর্তী তথ্য আদান-প্রদান ঘটে বিশেষায়িত রাসায়নিক সংযোগস্থল বা সিন্যাপস (Synapse)-এ। প্রায় ২০ ন্যানোমিটার চওড়া সিন্যাপটিক ক্লিফটের মধ্য দিয়ে নিউরোট্রান্সমিটার ভেসিকলের সম্ভাব্যতাভিত্তিক নিঃসরণের মাধ্যমে সিন্যাপস সিগন্যাল গেইন, নন-লিনিয়ার ফিল্টারিং এবং গতিশীল প্লাস্টিসিটি প্রদান করে। সিন্যাপস হলো স্মৃতি, শিখন এবং স্নায়বিক গণনার মূল শারীরিক ভিত্তি।
১. কোয়ান্টাল রিলিজ ও কাটজ দ্বিপদী মডেল
১৯৫০-এর দশকে বার্নার্ড কাটজ প্রমাণ করেন যে সিন্যাপসে নিউরোট্রান্সমিটার নিঃসরণ অবিচ্ছিন্নভাবে ঘটে না, বরং তা পৃথক পৃথক নির্দিষ্ট প্যাকেট বা কোয়ান্টা (Quanta) আকারে ঘটে—যা মূলত একক ভেসিকলের সমতুল্য।
কাটজের দ্বিপদী মডেল (Binomial Model) অনুসারে, যদি প্রিসিন্যাপটিক টার্মিনালে $N$ সংখ্যক রিলিজ সাইট থাকে এবং অ্যাকশন পটেনশিয়ালের ফলে প্রতিটি সাইটের নিঃসরণ সম্ভাবনা $p$ হয়, তবে $k$ সংখ্যক ভেসিকল নিঃসরণের সম্ভাবনা:
P(k) = binom{N}{k} p^k (1 – p)^{N – k}
অ্যাকশন পটেনশিয়াল পৌঁছানোর সাথে সাথে ভোল্টেজ-গেটেড ক্যালসিয়াম চ্যানেল খুলে যায়। এর ফলে সৃষ্ট মাইক্রোডোমেইন ক্যালসিয়াম প্রবেশ সাইনাপটোটাগমিন প্রোটিনকে সক্রিয় করে স্নেয়ার (SNARE) কমপ্লেক্সের মাধ্যমে ২০০ মাইক্রোসেকেন্ডের মধ্যে ভেসিকল ফিউশন ঘটায়।
২. পোস্টসিন্যাপটিক পরিবাহিতা ও আলফা ফাংশন
নিঃসৃত নিউরোট্রান্সমিটার পোস্টসিন্যাপটিক মেমব্রেনের রিসেপ্টরে যুক্ত হয়ে আয়ন চ্যানেল উন্মুক্ত করে। এই সময়-নির্ভর পরিবাহিতা $g_{text{syn}}(t)$-কে ক্লাসিক্যাল আলফা ফাংশন দ্বারা মডেল করা হয়:
g_{text{syn}}(t) = bar{g}_{text{syn}} frac{t}{tau_s} e^{-t / tau_s}
পোস্টসিন্যাপটিক কারেন্ট হলো:
I_{text{syn}}(t) = g_{text{syn}}(t) (V_m – E_{text{syn}})
- উত্তেজক বা এক্সাইটেটরি সিন্যাপস (EPSP): $E_{text{syn}} approx 0text{ mV}$ (AMPA / NMDA), যা মেমব্রেনকে ডিপোলারাইজ করে ফায়ারিংয়ের দিকে ঠেলে দেয়।
- দমনমূলক বা ইনহিবিটরি সিন্যাপস (IPSP): $E_{text{syn}} approx -75text{ mV}$ ($text{GABA}_A$), যা মেমব্রেনকে হাইপারপোলারাইজ বা শান্ট করে স্পাইক প্রতিরোধ করে।
৩. রিসেপ্টর বায়োফিজিক্স: AMPA, NMDA ও $text{GABA}_A$
মস্তিষ্কের প্রধান আয়নোট্রপিক রিসেপ্টরগুলোর কার্যকারিতা নিম্নরূপ:
- AMPA রিসেপ্টর: অতি দ্রুত গ্লুটামেটার্জিক চ্যানেল ($tau_{text{decay}} approx 2text{ ms}$), যা দ্রুত তথ্য প্রেরণের মাধ্যম।
- NMDA রিসেপ্টর: ধীর গ্লুটামেটার্জিক চ্যানেল ($tau_{text{decay}} approx 50text{–}100text{ ms}$)। বিশ্রামকালীন বিভবে ম্যাগনেসিয়াম ($text{Mg}^{2+}$) আয়ন এই চ্যানেলের মুখে প্লাগের মতো আটকে থাকে। কেবল যখন মেমব্রেন ডিপোলারাইজ হয়, তখন তড়িৎ বিকর্ষণে ম্যাগনেসিয়াম সরে যায় এবং ক্যালসিয়াম প্রবেশ করতে পারে। একই সাথে প্রিসিন্যাপটিক গ্লুটামেট ও পোস্টসিন্যাপটিক ডিপোলারাইজেশন প্রয়োজন হওয়ায় NMDA একটি প্রাকৃতিক কয়েনসিডেন্স ডিটেক্টর (Coincidence Detector)।
- $text{GABA}_A$ রিসেপ্টর: দ্রুত ক্লোরাইড আয়ন প্রবাহের মাধ্যমে কর্টেক্সের প্রধান দমনমূলক নেটওয়ার্ক তৈরি করে।
৪. শর্ট-টার্ম সিন্যাপটিক প্লাস্টিসিটি (STP)
সিন্যাপস কোনো অপরিবর্তনীয় ধ্রুবক ওজন নয়। সোডিকস-মার্করাম (Tsodyks-Markram) মডেল অনুসারে, উচ্চ কম্পাঙ্কের স্পাইকে ভেসিকল খালি হয়ে যাওয়ায় সিন্যাপস ক্ষণস্থায়ী দুর্বলতা (Depression) প্রদর্শন করে, অথবা অবশিষ্ট ক্যালসিয়ামের কারণে শক্তিশালী (Facilitation) হয়ে ওঠে। এই পরিবর্তনশীলতাই স্নায়ুতন্ত্রকে উচ্চ-দক্ষতাসম্পন্ন ডাইনামিক ফিল্টার হিসেবে কাজ করার শক্তি দেয়।
