SNN学习笔记-神经元膜的特性

神经的电活动本质是带电离子在电场中移动。神经元膜上的跨膜电流由三个要素组成：

1. 神经元膜内外的盐溶液：提供带点离子
2. 神经元膜：将内外隔开形成电场
3. 跨膜蛋白质：离子在膜内外电场移动的通道

神经元膜的组成——鳞脂

鳞脂含亲水的极性（“头”，含磷酸），也含疏水性的非极性（“尾”，含碳氢链）

神经元膜由尾尾相对的双层鳞脂组成，将细胞质和细胞外液分隔开来。

神经元膜上的蛋白质能形成像通道一样的形状（蛋白通道），以是特定离子通过，主要有两种类型：

• 离子通道(ion channel)：打开时，只允许特定离子通过，让离子从高浓度流向低浓度，不需要能量
• 离子泵(ion pump)：不仅允许离子通过，而且还能像泵一样将离子从低浓度向高浓度转运，需要消耗能量（分解能量货币ATP）

离子通过离子通道进行跨膜运动受两个因素影响：扩散和电学

1. 扩散(diffusion)：从浓度高向浓度低区域的净移动

离子跨膜进行扩散有两个条件：

      · 膜两侧有浓度差

       ·离子通道打开

2. 电学：离子在电场作用下发生净移动。

与两个因素有关： 电位、电导。 离子通道的开放，电导增大，若关闭则电导为0。

例子跨膜进行电化学运动有两个条件：

        ·膜两侧要有电位差

        ·离子通道打开

神经细胞相对安静时处于静息电位。静息电位产生的原因：

• 细胞膜上有多个钠钾泵，它们会进行主动运输，每次把三个钠离子送到细胞外，把两个钾离子送到细胞内，此过程耗用了一个腺苷三磷酸
• 在细胞静息的状态下，钠离子通道完全关闭，使钠离子不能进出，而一些钾离子通道却是打开的，因此有若干钾离子会扩散出细胞外（静息状态下，钾离子外流是主要原因）

神经元膜通过动作电位传递神经信号

动作电位产生过程中，膜内电位短暂地变为正电位。这个过程非常之快，比眨眼快100倍。

动作电位的机制——离子跨膜运动

膜内的负电位减小，膜内与膜外电位差值减小，称为去极化。有以下几个因素：

1. 物理因素。如牵张刺激导致钠离子进入细胞内，引起去极化；
2. 化学因素。如化学物质释放导致钠离子进入细胞内，引起去极化；
3. 人为的用微电极向胞内注入电流使神经元去极化。

去极化达到或超过阈值（约-40mV）时，触发动作电位。

动作电位由峰电位（迅速去极化上升支和迅速复极化下降支的总称）和后电位（缓慢的电位变化，包括负后电位和正后电位）组成。动作电位的幅度约90~130mV，动作电位超过零电位水平约35mV，这一段称为超射。

神经纤维的动作电位一般历时约0.5~2.0ms，可沿膜传播。

动作电位产生机制：

静息时：钾通道开放，钠通道关闭，达到钾平衡电位

上升相：钠通道开放，钠离子内流，膜电位上升

下降相：钠通道关闭，钾离子外流，膜电位下降

恢复静息：钾通道重新开放，钾平衡电位

动作电位产生的关键——钠通道短暂开放

去极化导致了钠通道的开放，引起了钠离子内流。

这种随着电压改变而开放关闭的钠通道，称之为电压门控钠通道。

离子通道的基本特性是对离子的特异性和对调节的易感性。

（不同离子通过不同通道，通道接收不同刺激的调节）

电压门控钠通道打开关闭机制：

膜去极化，由-65mV到达-40mV时，膜内正电荷增加，电荷排斥作用，使蛋白结构发生变化，钠通道打开。而当电位恢复时，则使钠通道关闭。

动作电位的传导

产生的动作电位能沿神经元轴突 进行传导。

局部去极化，使临近的电压门控钠通道开放，钠离子内流，邻近局部去极化，去极化又引起邻近的电压门控钠通道开放，钠离子内流。这样依次向前推进，平均速度为120米/秒。

东南大学FutureX实验室

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