神经元的基本结构
神经元是构成神经系统的基本细胞,由细胞体、树突和轴突组成。细胞体是核与细胞器聚集的主体部分;树突是接收其他神经元信号的树枝状突起;轴突是一根长纤维,将细胞体产生的信号远距离传递到下一个神经元、肌肉或腺体,并在末端的轴突末梢将信号传递给下一个细胞。
静息膜电位(-70mV)
在没有刺激时,神经元细胞膜内侧的电位比外侧低约-70mV。这一电位差源于膜内外钠离子(Na+)和钾离子(K+)的浓度差,细胞膜上的钠钾泵利用ATP能量持续维持这种浓度差。这种在没有刺激时维持的电位称为静息膜电位。
动作电位(神经兴奋)的产生
当刺激超过阈值时,钠离子通道打开,膜电位瞬间发生逆转,产生动作电位。钠离子大量涌入细胞内使膜电位转为正值,称为去极化;随后钾离子流出细胞外,膜电位重新变为负值,称为复极化。这种电信号一旦产生,幅度不会减弱,会以恒定强度沿轴突一直传到末端。
髓鞘与跳跃式传导
得益于包裹轴突的髓鞘,信号只需在被称为郎飞结的间隙之间跳跃传递,速度因而大大加快。只有在没有髓鞘覆盖的郎飞结处才会重新产生动作电位,中间的区段信号则像跳跃一样快速通过。正是这种跳跃式传导,让有髓鞘的神经比无髓鞘的神经传导速度快得多。
突触与突触间隙
神经元与神经元相接的部位称为突触,其中存在一个约20~40纳米(nm)的极窄间隙,即突触间隙。在大多数突触中,两个神经元的细胞膜并不直接相连,而是被这道窄缝隔开。由于作为电信号的动作电位无法直接跨越这道间隙,信号的传递需要借助化学方式。
神经递质的作用
当动作电位到达轴突末梢时,装有神经递质的囊泡破裂,将其中的物质释放到突触间隙中。释放出的神经递质(多巴胺、血清素、乙酰胆碱等)穿过间隙与下一个神经元的受体结合,这种结合会在下一个神经元中产生新的电信号。也就是说,在突触处,电信号先转变为化学信号,随后又转变回电信号。
兴奋性信号与抑制性信号
根据神经递质种类的不同,既可能使下一个神经元兴奋,也可能使其受到抑制。兴奋性信号使下一个神经元更容易产生动作电位,抑制性信号则相反,使其更不容易产生动作电位。一个神经元会同时接收来自众多其他神经元的这两类信号,并根据两者叠加的结果来决定是否发出信号。
反射弧:不经过大脑的反应
就像碰到烫的东西时会瞬间缩手一样,有些反应不需要传到大脑,而是直接由脊髓处理。感觉神经元接收的刺激经脊髓中的中间神经元、直接传递给运动神经元的这条通路称为反射弧。由于省去了信号上传到大脑再返回的时间,身体能对危险刺激作出快得多的反应。