Η μετάδοση του νευρικού σήματος μέσα σε έναν νευρώνα είναι μια σύνθετη ηλεκτροχημική διαδικασία που ονομάζεται δυναμικό ενέργειας. Για να κατανοήσουμε πώς συμβαίνει αυτό, πρέπει πρώτα να δούμε την κατάσταση ηρεμίας του νευρώνα.
Σε κατάσταση ηρεμίας, η κυτταρική μεμβράνη του νευρώνα είναι πολωμένη. Αυτό σημαίνει ότι το εσωτερικό της μεμβράνης είναι αρνητικά φορτισμένο σε σχέση με το εξωτερικό, κυρίως λόγω της αντλίας νατρίου-καλίου και της διαφορετικής συγκέντρωσης ιόντων (περισσότερο Na+ έξω, περισσότερο K+ μέσα). Αυτή η διαφορά δυναμικού ονομάζεται δυναμικό ηρεμίας.
Όταν ένα ερέθισμα (π.χ. από άλλο νευρώνα ή αισθητήριο κύτταρο) φτάσει στον νευρώνα και είναι αρκετά ισχυρό ώστε να ξεπεράσει ένα συγκεκριμένο κατώφλι, τότε πυροδοτείται το δυναμικό ενέργειας. Η διαδικασία αυτή εκτυλίσσεται σε διάφορα στάδια:
1. **Αποπόλωση**: Ανοίγουν γρήγορα οι δίαυλοι νατρίου (Na+) στην κυτταρική μεμβράνη. Τα ιόντα νατρίου εισέρχονται μαζικά στο εσωτερικό του νευρώνα, κάνοντας το εσωτερικό θετικό και αντιστρέφοντας προσωρινά την πόλωση της μεμβράνης.
2. **Επαναπόλωση**: Αμέσως μετά, οι δίαυλοι νατρίου κλείνουν και ανοίγουν οι δίαυλοι καλίου (K+). Τα ιόντα καλίου εξέρχονται από τον νευρώνα, αποκαθιστώντας το αρνητικό δυναμικό στο εσωτερικό της μεμβράνης.
3. **Υπερπόλωση**: Για ένα σύντομο χρονικό διάστημα, οι δίαυλοι καλίου κλείνουν αργά, με αποτέλεσμα να εξέλθει λίγο περισσότερο κάλιο από το απαραίτητο, καθιστώντας το δυναμικό της μεμβράνης πιο αρνητικό από το δυναμικό ηρεμίας. Στη συνέχεια, η αντλία νατρίου-καλίου επαναφέρει τις συγκεντρώσεις ιόντων στα αρχικά τους επίπεδα.
Αυτό το δυναμικό ενέργειας δεν παραμένει στάσιμο, αλλά διαδίδεται κατά μήκος του άξονα του νευρώνα. Η αποπόλωση σε ένα σημείο προκαλεί την αποπόλωση του γειτονικού σημείου, δημιουργώντας ένα "κύμα" ηλεκτρικής δραστηριότητας που ταξιδεύει από το σώμα του νευρώνα προς τα τελικά άκρα του άξονα.
Στους νευρώνες που διαθέτουν μυελίνη (ένα λιπώδες περίβλημα), το σήμα μεταδίδεται πολύ πιο γρήγορα μέσω της αγωγιμότητας κατά άλματα. Το δυναμικό ενέργειας "πηδάει" από τον ένα κόμβο Ranvier στον άλλο (περιοχές χωρίς μυελίνη), επιταχύνοντας σημαντικά τη μετάδοση. Όταν το σήμα φτάσει στο τέλος του άξονα, είναι έτοιμο να μεταδοθεί σε άλλο νευρώνα ή σε ένα εκτελεστικό όργανο μέσω της σύναψης.
