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[每日一图|科普神经科学](3)
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[每日一图|科普神经科学](3) 2011-02-28
神经细胞的"语言"之动作电位
昨天的图向大家解释了神经细胞的化学信号与电信号的相互转换,但是没有详细解释电信号如何在单个神经细胞上传导.
想象一下,细胞有细胞膜,膜内外充满了电解质溶液,细胞膜导电性不好电阻比较大,而电解质溶液电阻小的多.电流通过受体打开形成的通道造成局部电压改变,相当于一个电压源(电池),"正负两极"在受体两侧(细胞膜两侧).由此形成的回路的电压降主要落在细胞膜上(因为电阻大),即改变了膜内外的电位差.在理想状态下(不考虑电容),如果细胞内外的电解质电阻为0那么全部的电压降均匀地分布在整个细胞的细胞膜上且各处大小均一.但在实际情况下,由于电解质溶液也有一定的电阻存在,所以距离"电压源"越远的膜受到的影响越小.这种依赖细胞膜固定特性的电信号扩布被称为被动传导.
神经细胞的细胞膜除了能够被动传导电信号,还可以主动改变自己膜的性质,以额外消耗能量为代价传导电信号.钠离子通道是一种蛋白质,顾名思义它是一种横跨细胞膜两侧的"通道",允许钠离子通过.钠离子通道可以感受细胞膜两侧的电位差(静息状态下外侧高于内侧),当被动传导而来的电位改变缩小了细胞膜两侧的电位差,并且小到一定程度的时候,钠离子通道才会打开,很多的钠离子(正电流)进入细胞内继续缩小着膜两侧的电位差,甚至让细胞膜内电位高于外侧.当细胞膜内电位高于外侧达到一定程度的时候,钠离子通道就关闭而钾离子通道打开,钾离子流动方向与钠离子相反,于是使得细胞膜内外的电位差回归静息状态.从钠通道开放到钾离子让细胞膜电位回归静息的整个过程被称作动作电位.下图画出的是,如果我们把电压表的一端插到细胞里面,测量细胞膜两端的电位差就能非常直观地得到动作电位发放过程中细胞膜电位的波形.
神经细胞的神经突起里面,负责输出电信号的一条被称为轴突.轴突上面钠离子通道密度比较高,特别是轴突的起始段也是动作电位起始的位置.动作电位在轴突起始段发起以后可以以一种"不衰减"的忠实的方式传导至整个轴突(刺激释放化学信号),并且还可以回头传导至细胞接受输入的突起上(树突,但是树突上面钠离子通道不多,动作电位的传导并不"忠实").
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