到底你大脑中的那些电冲动是什么？- 第二部分

撰稿人 Gabriel A. Silva

Aug 18, 2022,02:23am EDT

我写关于神经科学及其与技术的交集。

SCIENCE

接下来：一个神经元中的静息膜电势是什么？ GETTY. MODIFIED BY GABRIEL A. SILVA

这是一系列文章中的第二篇，用简单的英语解释到底你的大脑中对它怎样学习、代表和处理信息负责的电冲动是什么。在第一篇文章中，我们介绍了一个神经元脑细胞的解剖结构，一些关于神经元怎样彼此交谈的高水平概念，并为第二部分奠定了基础 ------了解膜电势的生物物理基础以及为什么它对大脑是重要的。

第一件事第一。在放进来了解膜电势是什么工作之前，我们需要问问为什么它是如此重要。在最直接的意义上，这是至关重要的，因为沿着对编码信息负责的神经元长度旅行的电冲动物理上被代表，换句话说被编码为膜电势中的波动。（如果这没有意义请确保您阅读了第一篇文章）。因此，没有一个首先膜电势是什么的坚实了解，来了解你大脑中的电冲动是什么或者它们怎样编码信息是不可能的。

你大脑中的神经元有一个大约-70毫伏（mV）的静息膜电势。这意味着这些细胞的膜是“带电的”。与膜的内部相比在膜外部上有一个不同的电荷分布。特别是，钠（Na +）和钾（K +）离子跨细胞膜有一个不同分布。这些离子是电荷的物理载体。钠和钾每个有一个为+1的电荷，这意味着它们各自携带一个正电荷。（在技术术语中，它们是一价阳离子。“Mono”的意思是“一”和“cation（阳离子）”意味着它们的电荷是正的）。

这里是来说明上述概念的两个简单例子。如果细胞膜的一侧（外部）有10个Na +离子，而另一侧（内部）有10个K +离子，则在膜两侧上的“类似”正电荷的数量将相同，每侧为10个。因此，在膜的两侧上电荷之间下一个差值将是零，这意味着跨膜不会有电荷差或电势。

但是，如果膜的外部有10个Na +离子，而膜的内部有3个K +离子，那么，现在在外面有7个额外的正电荷，这与说在内部上有额外的7个负电荷是一样的。请注意，在这种情况下负电荷真的只反映不存在或缺少正电荷，鉴于与Na +离子的数量相比K +离子更少！现在，在膜的内部和外部之间存在一个电不平衡（作为电荷本身的一个计数）。正是这种不平衡才是膜电势是的。其实很简单。

一个典型的神经元有一个静息膜电势只是意味着当神经元静坐时即不接收来自其他神经元的信号并且不产生任何电冲动，在这种静息状态下它的膜电势不是零而是大约-70毫伏。换句话说，在静止当神经元不做任何事情时跨膜有一个固有的产生一个电势的电荷不平衡。事实上，Na+在膜外的浓度比在膜内高得多。（这意味着膜外的Na +离子比膜内更多）。而对K +它是相反的：膜内K +离子的浓度大于膜外。但总的来说离子的数量------以及它们携带的电荷------跨细胞膜是不相等的。有一个负责产生膜电势的电荷不平衡。正是这种不平衡我们称之为膜电势。

我们需要考虑最后一个微妙但至关重要的。电荷的不平衡，由Na +和K +离子的一个差异不等物理分布代表，仅适用于膜的两侧非常非常薄的“壳”。换句话说，产生膜电势的不平衡被限制到非常非常接近膜本身的离子分布（实际上只是纳米）。一旦你从细胞膜移动甚至一个微小的距离，在它的两侧，离子的差异分布消失，平均而言，神经元内部和神经元所居住的“流体”之外的体积之间的Na +和K +离子的数量没有差异。换句话说，一旦你移动离开细胞膜本身就没有电势。这一事实将在后面的文章中是重要的。

随着现在设置的这个舞台，本系列的下一篇文章将探讨当洪水闸门打开时会发生什么：当细胞膜中的离子通道打开并且允许Na +和K +离子自由穿过膜时会发生什么。因为正是这些离子穿过膜的运动是我们正试图来理解电冲动

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我（Gabriel A. Silva）是加州大学圣地亚哥分校的生物工程和神经科学教授，在那里我担任J. Robert Beyster赠予主席..

https://www.forbes.com/sites/gabrielasilva/2022/08/18/what-exactly-are-all-those-electrical-impulses-in-your-brainpart-ii/?sh=59c279963068