神經科學/細胞神經生物學/神經元膜
膜電位
膜，就像任何其他細胞一樣，是磷脂雙層，將兩個充滿離子的水性溶液區域隔開。這種膜上各種離子的分離產生了形成神經元電訊號基礎的電位。
蛋白質分佈在整個膜中，其功能是調節膜兩側各種離子的濃度。許多這些蛋白質充當離子通道，即它們控制離子跨膜的運動。根據特定離子通道的結構，它將被不同的刺激（電氣或化學）開啟，當開啟時，它對特定離子具有通透性。通常具有通道的離子是單價鉀離子、鈉離子和氯離子，以及二價鈣離子。還有一些重要的無門控離子通道，被稱為漏通道，因為離子將透過這些通道沿著其電化學梯度“洩漏”穿過膜。另一組膜蛋白的作用是將離子逆著其化學梯度穿過膜。這些被稱為離子泵，最常見的是鈉鉀離子泵，它以一個 ATP（腺苷三磷酸）分子的代價，將三個鈉離子泵出細胞，並將兩個鉀離子泵入細胞。
由於異性電荷相互吸引，因此正負離子（例如 Na+ 和 Cl-）跨膜的分離產生了電荷相互移動的可能性。當這些電荷相對於其他附近的電荷移動時，這種運動被稱為電流。根據慣例，正電流是指正電荷的移動。作用在這些電荷上的電勢是一種可測量的力，稱為電壓，以伏特為單位。電荷運動的另一個相關特徵是電荷或離子穿過膜等屏障的難易程度。這用兩個互逆的量進行測量，電導（g）和電阻（R）。兩者之間的關係是 R=1/g。將所有內容聯絡在一起的是歐姆定律，它指出電流（I）等於電導（g）乘以電勢（V）。
膜電位可以透過將電極插入細胞膜來進行實驗測量。然後測量電勢，大多數細胞在約 -65 毫伏處記錄，通常表示為 Vm = -65 mV。此電位對於神經元的運作至關重要。
這個 -65mV 的測量值是 K+、Na+、Cl- 和 Ca2+ 離子電位的綜合。為了確定特定離子（例如 K+）對綜合的貢獻，可以設定一個實驗，其中在膜的一側放置一個鉀鹽溶液。鹽會解離，在溶液中留下 K+ 和 A-（陰離子）。膜只允許 K+ 透過，因此阻止陰離子穿過。擴散力迫使 K+ 散開，因此 K+ 跨膜運動而沒有 A-。還存在一種抵抗擴散的作用力，即負陰離子和正 K+ 之間的靜電吸引力，以及這兩種力的平衡被稱為離子平衡。由於這種平衡涉及相反電荷的分離，因此它具有與其相關的電位。K+ 的平衡電位約為 -80mV。與膜電位相關的每個離子都有其特徵平衡電位。綜合將是整體靜息膜電位，並且由於該綜合是膜可透過的離子的離子平衡電位的折衷，因此沒有任何離子處於其離子平衡狀態。離子平衡電位與整體靜息電位之差是該離子朝著其平衡移動的力。這種力被稱為離子驅動力。
如果離子沒有達到平衡，它就有移動的潛力。這是一種作用在離子上的力。總驅動力是電勢和化學梯度勢的總和。（負電流是向內電流；正電流是向外電流。[危險：大多數神經科學網站和書籍提到向內電流是正電流，向外電流是負電流。與這裡相反。]）K+ 的力是 -80mV。靜息電位是 -60mV。因此，細胞上存在 20mV 的淨正力。這會將正離子推離細胞。如果開啟 Na 和 K 通道（相同數量），Na 會產生更多電流，因為它的電勢高於 K。然後 Na 會進入細胞，K 會離開細胞。對於 Na 來說，外部濃度遠高於內部濃度，並且內部存在負電荷，將 Na 拉入內部。Cl- 平衡電位略低於靜息電位，因此當通透性較高時，會有一些運動。
維持濃度梯度以保持電勢是必不可少的。K 會持續洩漏出去，Na 會進入，直到膜兩側的濃度相等。膜透過逆著濃度梯度泵送這些離子來進行補償。需要 ATP。三個 Na 離子與膜內部的蛋白質結合，當 ATP 結合時，蛋白質改變構象以在外部釋放 Na。K 結合，這會導致蛋白質恢復原狀。這會導致細胞向外的正電流。Ca2+ 的使用方式不同，通常被引導到其他地方。Ca 在細胞內的濃度很低。