人类神经系统由上千亿神经细胞(也叫神经元)和神经胶质细胞(起支撑作用)组成。神经元能够对刺激(如触觉、声音、光线等)做出反应,传导冲动,并与其他神经细胞(以及其他类型的细胞,如肌肉细胞)进行交流。
神经信号的本质是电信号神经元细胞体延伸出树突和轴突,用来传导冲动,树突接受神经脉冲,而轴突将神经脉冲传导给下一个神经细胞。神经元可以对刺激做出反应,并传导冲动,是基于细胞膜上的膜电位,这种差异被称为静息电位,这个电位通常约为70毫伏(在膜内侧为负的),钠离子(Na+)和钾离子(K+)两种离子在神经细胞膜两侧的不均匀分布导致静息电位。
在神经元中,刺激可以通过在细胞膜上打开钠通道来改变这种电位差。例如,神经递质与钠通道相互作用,钠离子流入细胞,降低细胞膜上的电压。一旦电位差达到阈值电压,降低的电压会导致区域内数百个钠通道短暂开启。钠离子涌进细胞,完全去极化膜。这在邻近的膜上打开了更多的电压控制的离子通道,膜电位快速变化,因此在细胞中形成了一波去极化的运动电位。这种动作电位使膜电位在很短的时间内(毫秒级)从静息电位(-70 mV)跳到正值(通常是+30 mV)。神经细胞中动作电位的运动会产生电流,也就是神经脉冲。
突触是神经元之间的神经脉冲传输部位
突触发生在突触前神经元的轴突和突触后神经元的树突或细胞体之间。轴突的末端有许多突触小泡,其中含有神经递质化学物质和线粒体(提供ATP来制造更多的神经递质)。突触之间为突触间隙,突触前膜和突触后膜实际上并没有接触到,因此神经脉冲不能直接传输,是通过神经递质的释放来传播。
当一个神经脉冲到达轴突末端时,末端细胞膜钙通道打开,钙离子流入,扩散到轴突末端激活一些酶,导致突触小泡向突触间隙移动,突触小泡与细胞膜融合并释放神经递质。神经递质分子扩散并与突触后膜中的受体结合,钠离子通道(或钾离子通道)打开使钠离子向神经细胞内扩散。如果释放的神经递质打开足够多的钠离子通道,膜电位达到阈值,一个动作电位就会发生并沿着突触后神经元的膜传播,即神经脉冲将被传递。
神经递质类型
兴奋型神经递质:通过打开钠离子通道,使膜电位降低为负,刺激突触后膜。
抑制型神经递质:通过打开钾离子通道,使膜电位变得更低,抑制神经脉冲传递。
电突触除化学突触(下图左)外,还有一种突触为电突触(下图右),两个神经元通过特殊通道连接,允许电信号快速地从突触前细胞传到突触后细胞,从而迅速加快神经信号的传递。电突触之间的突触间隙比化学突触小得多,使突触前神经元的动作电位能够直接流向突触后神经元,电突触传递信号比化学突触快得多,几乎是瞬时的,但信号会减弱。在化学突触可以刺激或抑制的地方,电突触仅仅是兴奋性的。