神经科学/细胞神经生物学/神经元膜
膜电位
膜，就像任何其他细胞一样，是磷脂双层，将两个充满离子的水性溶液区域隔开。这种膜上各种离子的分离产生了形成神经元电信号基础的电位。
蛋白质分布在整个膜中，其功能是调节膜两侧各种离子的浓度。许多这些蛋白质充当离子通道，即它们控制离子跨膜的运动。根据特定离子通道的结构，它将被不同的刺激（电气或化学）打开，当打开时，它对特定离子具有通透性。通常具有通道的离子是单价钾离子、钠离子和氯离子，以及二价钙离子。还有一些重要的无门控离子通道，被称为漏通道，因为离子将通过这些通道沿着其电化学梯度“泄漏”穿过膜。另一组膜蛋白的作用是将离子逆着其化学梯度穿过膜。这些被称为离子泵，最常见的是钠钾离子泵，它以一个 ATP（腺苷三磷酸）分子的代价，将三个钠离子泵出细胞，并将两个钾离子泵入细胞。
由于异性电荷相互吸引，因此正负离子（例如 Na+ 和 Cl-）跨膜的分离产生了电荷相互移动的可能性。当这些电荷相对于其他附近的电荷移动时，这种运动被称为电流。根据惯例，正电流是指正电荷的移动。作用在这些电荷上的电势是一种可测量的力，称为电压，以伏特为单位。电荷运动的另一个相关特征是电荷或离子穿过膜等屏障的难易程度。这用两个互逆的量进行测量，电导（g）和电阻（R）。两者之间的关系是 R=1/g。将所有内容联系在一起的是欧姆定律，它指出电流（I）等于电导（g）乘以电势（V）。
膜电位可以通过将电极插入细胞膜来进行实验测量。然后测量电势，大多数细胞在约 -65 毫伏处记录，通常表示为 Vm = -65 mV。此电位对于神经元的运作至关重要。
这个 -65mV 的测量值是 K+、Na+、Cl- 和 Ca2+ 离子电位的综合。为了确定特定离子（例如 K+）对综合的贡献，可以设置一个实验，其中在膜的一侧放置一个钾盐溶液。盐会解离，在溶液中留下 K+ 和 A-（阴离子）。膜只允许 K+ 通过，因此阻止阴离子穿过。扩散力迫使 K+ 散开，因此 K+ 跨膜运动而没有 A-。还存在一种抵抗扩散的作用力，即负阴离子和正 K+ 之间的静电吸引力，以及这两种力的平衡被称为离子平衡。由于这种平衡涉及相反电荷的分离，因此它具有与其相关的电位。K+ 的平衡电位约为 -80mV。与膜电位相关的每个离子都有其特征平衡电位。综合将是整体静息膜电位，并且由于该综合是膜可透过的离子的离子平衡电位的折衷，因此没有任何离子处于其离子平衡状态。离子平衡电位与整体静息电位之差是该离子朝着其平衡移动的力。这种力被称为离子驱动力。
如果离子没有达到平衡，它就有移动的潜力。这是一种作用在离子上的力。总驱动力是电势和化学梯度势的总和。（负电流是向内电流；正电流是向外电流。[危险：大多数神经科学网站和书籍提到向内电流是正电流，向外电流是负电流。与这里相反。]）K+ 的力是 -80mV。静息电位是 -60mV。因此，细胞上存在 20mV 的净正力。这会将正离子推离细胞。如果打开 Na 和 K 通道（相同数量），Na 会产生更多电流，因为它的电势高于 K。然后 Na 会进入细胞，K 会离开细胞。对于 Na 来说，外部浓度远高于内部浓度，并且内部存在负电荷，将 Na 拉入内部。Cl- 平衡电位略低于静息电位，因此当通透性较高时，会有一些运动。
维持浓度梯度以保持电势是必不可少的。K 会持续泄漏出去，Na 会进入，直到膜两侧的浓度相等。膜通过逆着浓度梯度泵送这些离子来进行补偿。需要 ATP。三个 Na 离子与膜内部的蛋白质结合，当 ATP 结合时，蛋白质改变构象以在外部释放 Na。K 结合，这会导致蛋白质恢复原状。这会导致细胞向外的正电流。Ca2+ 的使用方式不同，通常被引导到其他地方。Ca 在细胞内的浓度很低。