神经信号是如何产生的,又是如何在神经中传播的?
这是一个很大的问题,需要一整本书来回答,甚至在我自己的入门教科书中也需要好几页。所以我只会给出一个简短的,相对肤浅的答案。
所有的神经元(实际上是所有的活细胞)在细胞膜内外都有电荷差(电压)。这种差异是由于在两个表面的膜附近的正离子和负离子数量不等。细胞内部有大量的负电荷,所以我们说静息质膜的电荷(静息电位)通常在-70毫伏左右。这就像你买的新电池充电一样,虽然要弱很多。
静息神经细胞细胞膜上的离子分布。橙色和蓝色的物体是蛋白质离子门。在这些由蛋白质组成的膜上有一些闸门(通道),可以打开并允许一些离子瞬间流过,进入和离开细胞,改变电压。许多不同的东西可以作用于这些门,使其打开——来自另一个神经元的神经递质;激素;其他化学物质如味觉、嗅觉和疼痛刺激;热;淡定;振动;触摸;压力等等。
下面的图描述了在化学物(配体)与之结合后,钠离子突然涌入的情况下,这种通道的打开。所有这些涌入细胞的正离子(以及钾离子)改变了膜电压——产生了一个叫做局部电位的电事件
。
现在,另一件可以打开这些门的事情是电压变化作用于这些蛋白质。在神经细胞的很多地方,尤其是上图中的触发区和轴突,有高密度的蛋白质门,称为电压门控通道(或电压调节门)。
当局部电位扩散到细胞的邻近区域时,就像你把一块石头扔进静止的池子里时产生的涟漪一样,它会激活这些电压门控通道。它们突然打开,让新鲜的钠离子和钾离子在那个点进出细胞,短暂地逆转了膜电压(现在是内部为正,外部为负)。这叫做动作电位。
然后动作电位触发同样的事情,沿着神经细胞再往前一点点,然后它就这样,一遍又一遍的重复链式反应,就像一排倒下的多米诺骨牌,沿着神经纤维一直到最后。
这是沿着神经纤维传播的动作电位。正号和负号表示我前面描述的电荷的反转。黄色的难处理区,对这个讨论来说不是必要的,只是在那块膜再次被激活之前的一个强制恢复期。