脑细胞是如何工作的

它们出现在组织良好的群体中;它们通过远距离连接不断地交流;它们有1000亿——1000亿——个，被至少10倍于此的非神经元细胞包围着，它们都在你的脑袋里……

它们当然是脑细胞。当然，大脑中有许多不同类型的细胞;大多数与保护和支持功能有关，如对抗疾病和为高维护性神经细胞(也称为神经元)提供必要的环境。我们通过这些神经细胞的集体活动来理解我们周围的世界，反过来它们又指导我们对这个世界的反应;暴怒和哲学洞察力都始于神经细胞，但它们究竟是如何工作的呢?

神经细胞需要大量的能量

神经细胞的基本工作是发送和接收信息，这是一个使用电和间歇性化学信号的过程。这种电信号需要不断地在神经细胞内外输送电荷;为了做到这一点，大脑使用了与其体积不成比例的大量能量。电荷的移动是由细胞膜上的泵或转运蛋白完成的，它们由能量丰富的分子三磷酸腺苷(ATP)提供动力神经细胞如何工作的视频）.

所有这些泵送和运输的目的是维持脑细胞内外带电粒子(离子)分布的巨大不平衡。这主要包括保持细胞内钠和钙的水平非常低，保持钾的水平高于细胞外。除了在细胞内外产生巨大的浓度差异外，离子的这种分布还会引起电位差——脑细胞内部的电负性约为七万分之一伏特(70毫伏)。这听起来不多，但是当你考虑到细胞膜有多薄——5纳米或5百万分之一米——这转化为每厘米14万伏特的电位梯度!这是一个非常强大的电场，当与离子浓度的巨大差异结合在一起时，它就会成为一种强大的驱动力，使离子穿过细胞膜——但这在离子通道打开之前是无法发生的。

什么是离子通道....

离子通道是位于细胞膜上的蛋白质，细胞膜是形成细胞边界的脂肪层。它们有一个中心孔，或通道，允许离子在细胞内外移动。这些离子自行从高浓度区域移动到低浓度区域，这正是脑细胞正常运作时所发生的事情。

为什么要研究离子通道? 失调的离子通道是造成大量健康失调的原因 许多药物作用于离子通道以产生有益的效果 对于神经系统来说尤其如此。镇定剂、镇痛药、麻醉剂和抗癫痫药都是直接作用于离子通道的药物。 麻醉剂打开钾通道， 抗癫痫药物改变钠、钙通道的运作，以及抑制性神经递质运作的一些通道。 钠和钙通道也是用于改善心脏功能的药物的目标。 阻断钾通道的药物会刺激胰岛素从胰腺释放。 癫痫、肌肉萎缩、不规则心跳(长QT综合征)、囊性纤维化和一些肾脏疾病都是离子通道工作方式不适当改变的结果。

当离子通道打开时，带电粒子以惊人的速度通过膜分裂(每次通道打开数千个)。这幅图让人联想到水从大坝的水闸流出，但它比这更微妙。相反，想象一下一袋有洞的蔬菜汤;有些洞只允许豌豆通过，而另一些则选择胡萝卜等。同样的，神经细胞也有选择不同离子的离子通道，所以有钠离子通道和钾离子通道等，它们在神经细胞的电行为中都有特定的作用。这种带电粒子的快速运动使脑细胞能够产生大而短的电信号，因此它们可以在毫秒的时间尺度上发送信息。例如;脑细胞中电信号的基本单位是持续约千分之一秒的活动尖峰，称为动作电位。动作电位是由钠通道和钾通道先后打开和关闭引起的。神经细胞可以产生复杂多样的电信号。 This ability stems from the opening and closing of the dozens of varieties of ion channels that have, so far, been discovered.

…它们是如何被控制的?

打开离子通道的基本方法有两种。第一种是对细胞膜强电场的敏感性。电场的变化可以改变一些离子通道的形状，导致一个中心通道打开——这些是电压相关的通道。第二种控制系统需要将特定的化学信号附着在离子通道上的受体或识别位点上;这将形状的变化传递到中央通道。这就是神经递质工作的方式;这些小分子由神经细胞分泌，并在电信号不起作用的地方传递信号，比如突触。

突触发生了什么?

神经细胞之间有成千上万个特殊的连接点，叫做突触。一边储存着神经递质——化学信号。另一边是专门的离子通道，其中包含对神经递质的识别位点。电信号无法通过突触两侧之间的间隙。当动作电位到达突触时，电压变化导致钙通道打开，钙流入细胞。钙的增加触发神经递质释放到突触空间，在那里它们打开突触另一侧的离子通道簇。不同的递质被用来增加(谷氨酸、乙酰胆碱)或减少(甘氨酸、γ -氨基丁酸)受体细胞的电活动。所有突触的兴奋性和抑制性活动之间的平衡将决定电压依赖性通道的打开和下一个细胞的另一轮电活动。

大自然的有毒恩赐
	鱼:河豚毒素-可能是最著名的动物毒素;以四齿河豚科命名。在日本也以偶尔致命的生鱼片而闻名。在蓝环章鱼中也有。作用于钠离子通道。 浮游生物:贝类毒素-由浮游生物产生的海洋“赤潮”。在贝类食用浮游生物后，导致人类麻痹性贝类中毒。作用于钠离子通道。被认为危险到足以列入《化学武器公约》的。
	青蛙:batrachotoxin——来自phylloates terribilis，顾名思义，毒箭蛙的一种。作用于钠离子通道。 蜗牛:个-海螺毒液中的一系列毒素，用来麻痹猎物(鱼)。不同形式的贝壳毒素作用于钠和钙通道。 蛇:来自金银蛇科，α -邦加罗毒素-防止神经递质作用于肌肉上的乙酰胆碱受体;导致瘫痪。曼巴家族的树突毒素会阻断钾离子通道。许多蛇毒还含有其他化学物质，通过凝结血液和消化肉以及神经细胞毒素使猎物失去能力。
	蜘蛛:agatoxins-阻断钙通道和导致钠通道无法控制打开的阿特拉科毒素是通过漏斗网蜘蛛家族可怕的毒牙注入的毒液的成分。 蝎子:已经发现蛇毒成分阻断钾通道和改变钠通道功能。