神经信号是如何产生的,又是如何在神经中传播的?

时间:2021-01-12 09:11:19   作者:
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。

神经信号是如何产生的,又是如何在神经中传播的

静息神经细胞膜上的离子分布。橙色和蓝色的物体是蛋白质离子门。

在这些由蛋白质构成的膜中有一些门(通道),它们可以打开,让其中的一些离子瞬间流过,冲进和冲出细胞,改变电压。许多不同的东西可以作用在这些门上,使它们打开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、光、振动、触觉和压力等等。

下图描述了这样一个门的打开,以响应与之结合的化学(配体),允许钠离子突然涌入。

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所有这些正离子冲入细胞(钾离子冲出没有图示)改变了膜电压,产生了一种称为局部电位的电事件。

另一个可以打开这些门的是作用在这些蛋白质上的电压变化。在神经细胞的许多地方,特别是上图中的触发区和轴突,有一个高密度的蛋白质门,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相邻区域时,就像静止池塘中的涟漪,当你把石头投进去时,它就会激发这些电压门控通道。它们突然打开,让钠离子和钾离子在该点进出细胞,短暂地逆转了膜电压(现在内部为正,外部为负)。这叫做动作电位。

然后动作电位沿着神经细胞触发同样的东西,一次又一次,一个连锁反应,就像一排倒下的多米诺骨牌,沿着神经纤维,一直到最后。

这是一幅沿着神经纤维传播的动作电位图。加号和减号表示我前面描述的电荷反转。黄色的不稳定带,在这个讨论中不是必要的,只是一个强制性的恢复期,在那片膜可以再次被激发之前。

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这个相对简单的模型是针对“裸”(无髓鞘的)神经纤维的,它没有像大多数纤维那样的绝缘髓鞘。在有髓神经纤维中传导要复杂一些(但要快得多!),因为这些电压门控离子通道仅存在于绝缘节段之间的“节”或间隙中。然而,信号传导的基本原理是相同的,基于离子流和门。这里我就不细讲了。我认为这充分回答了这个问题。

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