ニューロン

ニューロン(neuron, 神経細胞)は、生物の中で情報処理を担う細胞である。生物の脳を調べると、多数のニューロンが網の目の様に結合してできたネットワークとなっている。

図 2.1: 生体ニューロンの構造

ニューロンは、図 2.1に示すような構造をしており、細胞体(soma)、樹状突起(dendrite)、軸索(axon)の三つの部分に分けられる。細胞体はニューロンの本体で、細胞核などもこの中にある。樹状突起は細胞体から数十本突き出た突起のことである。多くのニューロンにおいて、この樹状突起の先にさらに多数の樹状突起棘(dendritic spine)と呼ばれる、1, 2$\mu$m程度の突起が出ている。軸索は細胞体から長く伸びた1本の突起で、途中で十〜数百に枝分かれしている。枝分かれした軸索の終端はシナプス(synapse)と呼ばれ、他のニューロンの細胞体や樹状突起に接続している。

ニューロンの細胞膜の内外には常に電位差が存在し、これを膜電位(membrane potential)という。膜電位は細胞外を基準とすると通常負であり、この電位を静止電位(resting potential)とよぶ。膜電位が外部からの入力により正方向に変化したとき、その値がある値を越えると、急激に上昇して正電位に達し、また元の電位に戻る。これを神経のインパルスという。膜電位がこのように変化したとき、ニューロンは興奮した(exicite)、あるいは 発火した(fire)といい、正になった時の膜電位を活動電位(action potential)とよぶ。

細胞膜のある部分で一度インパルスが発生すると、その直後にはその部分では新たなインパルスを発生することができない。この期間を絶対不応期(absolute refractory period)という。絶対不応期を過ぎると、細胞膜は興奮できるようになるが、しきい値が通常より高くなり、インパルスが発生しにくくなる期間が生じる。この期間のことを相対不応期(relative refractory period)という。相対不応期に発生するインパルスは、通常のものより小さい。

ニューロン間の情報伝達を担うのがシナプスである。シナプスには興奮性シナプス(excitatory synapse)と抑制性シナプス(inhibitory synapse) の2種類がある。信号伝達時において、信号が正(興奮性)に伝わるか負(抑制性)に伝わるかは、信号を出力する側のニューロンによって決まり、受け取る側のニューロンでは、それぞれのニューロンからの刺激の総和を入力として受け取る。