18.11: シナプス

神経細胞は、自分の電気信号を他の神経細胞に伝えることで、お互いにコミュニケーションをとっています。シナプスとは、2つのニューロンが出会って信号を交換する場所のことです。シナプスでは、信号を送る側の神経細胞をシナプス前細胞、メッセージを受け取る側の神経細胞をシナプス後細胞と呼びます。なお、ほとんどの神経細胞は、情報の送信と受信の両方を行うため、シナプス前細胞とシナプス後細胞の両方を持つことができます。

電気的シナプスは、シナプス前細胞とシナプス後細胞がギャップ結合と呼ばれるタンパク質によって物理的に結合しているシナプスの一種で、電気信号がシナプス後細胞に直接伝達されます。このシナプスの特徴は、電気信号の伝達が非常に速く、時には数ミリ秒という速さで伝達され、エネルギーを必要としないことです。これは、ザリガニが捕食者の存在を感じて運動反応を起こすような、逃避行動に関わる回路によく用いられます。

これに対して、化学的なシナプスでの伝達は段階的に行われます。活動電位が軸索末端に到達すると、電位依存性のカルシウムチャネルが開き、カルシウムイオンが入り込みます。これらのイオンは、神経伝達物質を含む小胞が細胞膜と融合するきっかけとなり、神経伝達物質をシナプス間隙と呼ばれる2つのニューロンの間の小さな空間に放出します。これらの神経伝達物質（グルタミン酸、GABA、ドーパミン、セロトニンなど）は、シナプス後の細胞膜にある特定の受容体に結合できます。神経伝達物質は受容体に結合した後、シナプス間隙からリサイクルされたり、分解されたり、拡散したりします。

人間の脳では化学的なシナプスが主流であり、神経伝達物質の放出に伴う遅延があるため、電気的なシナプスに比べて有利です。まず、少数または多数の小胞が放出され、シナプス後の反応が多様になります。次に、異なる受容体との結合により、シナプス後細胞の膜電位が上昇または低下する可能性があります。さらに、シナプス間隙での神経伝達物質の利用可能性は、リサイクルと拡散によって調節されます。このようにして、化学的シナプスは、高度に制御され、微調整されたニューロンシグナル伝達を実現しています。

神経系の細胞は、基本的な身体機能から感覚刺激まで、常に情報を送受信しています。ニューロンは、活動電位と呼ばれる 電気信号と通信します。これらの活動電位は細胞体で発生し、軸索に沿って軸索末端に移動し、そこで次の細胞に渡されます。2つのニューロンが出会うポイントはシナプスと呼ばれます。電気シナプスは、ギャップ結合を使用して 細胞間の直接通信を可能にし、多くの場合、急速な活動の調整に関与しています。ただし、ほとんどのシナプスは、シナプス間隙、シナプス前細胞として知られる 信号を送信するニューロンと シナプス後細胞と呼ばれるシナプス後細胞と呼ばれる 物理的空間を含む化学シナプスです。活動電位はシナプス間隙を通過できないため、ニューロンはシナプスで 電気信号を化学信号に変換します。これは、神経伝達物質として知られる 分子の放出によって達成されます。多くの神経伝達物質があり、それぞれが興奮性グルタミン酸 および抑制性GABAを含むシナプス後ニューロンに 効果をもたらします。活動電位がシナプス前終末に達すると、シナプス前膜の 電位依存性カルシウムチャネルが開きます。カルシウムは細胞に突入し、小胞と膜の融合と 神経伝達物質のシナプス間隙への放出を 引き起こします。これらは、シナプス後細胞の受容体に 結合することができます。神経伝達物質の受容体への結合により、シナプス後膜電位が 増加または減少し、シナプス後細胞で活動電位が開始されるポテンシャルが 変化する場合があります。ニューロンは何千ものシナプスを持ち、多くの細胞から情報を受け取ることができます。これらの信号は、細胞がメッセージを 転送するかどうかを決定する シナプス後ニューロンの 細胞体で結合されます。シナプス後受容体に短時間結合した後、神経伝達物質は拡散、分解，再利用されます。シナプス前細胞の再取り込みタンパク質は、多くの場合、神経伝達物質のリサイクルに関与しています。シナプスを横切る神経伝達物質の 放出と結合により、活動電位の電気信号が 隣接するニューロンに伝達されます。この多段階プロセスは、ニューロン機能にとって重要です。