神経細胞と活動電位の仕組み

神経細胞（ニューロン）は情報を伝達し、私たちが世界を経験・相互作用できるようにします。成人の脳には約100億個のニューロンがあり、シナプスと呼ばれる接続部で数千本の他のニューロンと結びついています。感覚器官の特殊細胞は刺激を電気信号（活動電位）に変換し、シナプスで神経伝達物質を放出して次の細胞に情報を伝えます。

膜電位（Membrane Potential）

ニューロンは細胞膜を挟んだ電位差を保っています。安静時は‑70〜‑60 mVで、これは細胞内外のイオン濃度差によって生じます。外側はNa⁺やCl⁻が多く、内側はK⁺やタンパク質が多く存在します。Ca²⁺は外側に少量、内側には極めて少ないです。

活動電位（Action Potential）

膜電位が閾値に達すると、電位依存性Na⁺チャネルが開き、Na⁺が細胞内に流入します。これにより膜電位は急上昇し、約+40 mVに達します。ピークでNa⁺チャネルが閉じ、K⁺チャネルが開くことで膜電位は元の水平に戻ります。この一連の過程は局所的に始まり、瞬時に全ニューロンへと広がります。その後、チャネルがリセットされるまでの不応期（refractory period）が続きます。

神経伝達物質（Neurotransmitters）

活動電位がシナプス終末に到達すると、電位依存性Ca²⁺チャネルが開きCa²⁺が流入します。これが神経伝達物質の放出を促し、シナプス間隙へ放出されます。放出された伝達物質はシナプス相手側（ポストシナプス細胞）の受容体に結合し、受容体は多くの場合Na⁺チャネルとして機能し、ポストシナプス細胞に新たな活動電位を誘発します。

特殊感覚細胞（Special Sensory Cells）

目・耳・皮膚・舌・鼻などの感覚器官には、外部エネルギーを電気信号に変換する受容体が存在します。視覚では光受容体が光を活動電位に変換し、聴覚では内耳の毛細胞が振動を活動電位に変換します。皮膚の受容体は圧力や振動を、舌と鼻の受容体は化学物質の濃度や組み合わせを感知し、いずれも脳へ情報を送ります。