神经信息的传播与电流一样快吗

神经信息的传播与电流一样快吗

最初，人们只知道神经纤维传导信息的速度是非常快的，还一直认为神经纤维上传导兴奋电脉冲与金属导电的速度一样快呢，其实不是这样。

怎么测定出神经纤维传导电脉冲的速度呢？这又是生理学上的一道难题。

1850年，德国杰出的生理学家赫尔姆霍兹设计出了一个很简单的方法，首先测定出了青蛙坐骨神经干神经冲动的传导速度。

赫尔姆霍兹制作了一个青蛙坐骨神经腓肠肌标本，先是在尽量靠近腓肠肌的部位刺激一次坐骨神经，记录腓肠肌产生收缩的潜伏期（从刺激坐骨神经纤维开始到腓肠肌开始收缩的时间间隔），然后在尽量远离腓肠肌的中枢端再刺激一次坐骨神经，重新记录腓肠肌收缩的潜伏期。按照赫尔姆霍兹的预先推测，第二次刺激坐骨神经纤维的点距离腓肠肌远了，腓肠肌收缩的潜伏期一定会延长的。测定的结果确实正如预期所料！赫尔姆霍兹认为，潜伏期延长的时间，就是神经冲动从第二次刺激点传到第一次刺激点所花费的时间。用两次潜伏期的时间差再除两次刺激坐骨神经纤维的距离差，这就是坐骨神经纤维的神经脉冲传导速度。

这样，赫尔姆霍兹解决了测定神经纤维传导电脉冲速度的难题，首先测得神经纤维传导电脉冲的速度大致在20～30米/秒，证明了神经纤维传导电脉冲的速度与金属传导电的速度是不相同的，比金属传导电的速度要慢得多。

赫尔姆霍兹使用极其简陋的研究方法，得出了非常有意义的实验结果，他的巧妙研究思路实在是令人佩服，永远值得我们学习。到了20世纪，电子示波器的诞生，使人们对神经冲动的传导速度测定得更加精确。

现在我们已经知道了，神经纤维上兴奋电脉冲传导的速度与动物的种类、环境温度、纤维的直径以及神经纤维有无髓鞘等因素有关。如人体最粗的有髓鞘纤维，其传导速度可高达到120米/秒，相当于时速400千米以上，这个速度要比目前世界上的“百米飞人”奔跑快10多倍！当然，我们的身体里也有传导速度非常慢的神经纤维，它们的速度在1米/秒以下，但是绝大多数的神经纤维传导速度都在每秒数十米。这对于我们身长不足2米的小小人体来说，也足以在一眨眼的瞬间就可把信息传到身体的任何部位。

既然在神经纤维上电脉冲的传导不同于金属电线上的导电方式，那它究竟是怎么传导的呢？

关于神经纤维上电脉冲的传导方式，许多的科学家曾经提出过众多的解释方式，最后在英国生理学家霍奇金的肯定下，确立了今天生理学家们公认的“局部环路电流”传导学说。

运动神经元的结构

这个学说把神经纤维看作是一根内部充满导电轴浆的管道，神经膜是一层具有一定电容量的、高电阻的膜。当神经纤维某处受到刺激兴奋时，该处的神经膜电阻降低、通透性增大。前面我们已经介绍说，产生动作电位的兴奋部位膜的外表电位低，而邻近未兴奋部位的电位比较高，于是便有电流流向兴奋部位；而兴奋部位的膜内的电位比较高，邻近未兴奋部位的电位比较低，于是膜内的电流从兴奋部位流向未兴奋部位。兴奋部位与未兴奋部位之间就形成一种局部的环路电流，从而使得邻近未兴奋部位受到局部环路电流的刺激而产生兴奋。新产生兴奋的部位再以同样的方式把兴奋的电脉冲继续推向前进。如此类推，神经电脉冲便沿着整条神经纤维传导下去，一直传导到纤维的末梢。

这种传导兴奋的方式很类似于导火索的燃烧，只不过导火索的燃烧是“一次性”的，不能反复燃烧。而神经纤维电脉冲传过以后，依靠细胞膜上的离子泵消耗能量转动，在极短暂的时间内就使细胞内外的离子分布重新恢复正常，为下一次传导电脉冲做好了准备，因此它是可以反复进行的。

不过，这种局部环路电流传导电脉冲的方式，只适合于无髓鞘的神经纤维。

在我们人体的神经纤维中，还存在着大量的有髓鞘的神经纤维。有髓神经纤维上有一节节的长约1毫米的髓鞘。髓鞘是由神经胶质细胞包裹神经纤维而形成的，包裹着髓鞘部位的纤维是绝缘的，不能导电。所以，有髓鞘的神经纤维是不可能形成局部环路电流的。

那么，有髓鞘的神经纤维又是如何传导电脉冲的呢？

早在1807年，美国科学家维兹尔就发现了这样一种事实：把铁丝放进浓硝酸溶液中，铁丝的表面很快就产生一层氧化铁膜。当用电流刺激或者用锌片刮这层铁膜使铁膜遭到破坏时，这部分铁丝对其邻近的氧化铁来说是一种高电位，便产生了局部电流，使邻近的氧化铁还原成铁。接着还原的铁又会影响它邻近的氧化铁，如此下去就形成了局部电流式的传导。

进入20世纪以后，美国芝加哥大学的生理学教授黎利在研究有髓鞘神经纤维传导电脉冲的机理时，受到了上述现象的启发，认为无髓神经纤维传导电脉冲就是“铁丝模型”的传导方式。他想，如果在铁丝模型上套上一节节的绝缘的玻璃管，各节玻璃管之间的裸露区，就相当于有髓神经纤维髓鞘之间的朗飞氏结，这样模拟有髓神经纤维该会是一种怎样的结果呢？

黎利教授小心地将铁丝用绝缘的玻璃管一节节地套好，测定套上玻璃管以后的“铁丝神经纤维模型”的传导速度。令人惊喜的结果出现了：铁丝神经纤维模型的电流传导速度竟然增快了许多！

由此，黎利教授大胆地提出了他的设想，有髓神经纤维上电脉冲的传导很可能是一节一节地跨越朗飞氏结之间的髓鞘，跳跃着传导过去的！黎利的大胆设想和实验为后人探索有髓神经纤维上电脉冲的传导机制确实打开了思路。

设想毕竟还是设想，必须还要回到有髓鞘的神经纤维的实际上来。

后来，日本著名的生理科学家田畸在有髓神经纤维上进行刺激，发现了这样一种现象：朗飞氏结处神经膜的兴奋性比较高，受到刺激后很容易兴奋；而髓鞘包裹处神经膜的兴奋性比较低，受刺激很不容易兴奋。

有髓纤维的电脉冲呈跳跃式前进

因此田畸设想，如果有髓神经纤维上的电脉冲也是以局部环路电流的方式传导的话，那么这个局部环路电流肯定不是连续的。肯定是首先使朗飞氏结发生兴奋，然后按着结的先后顺序采取“跳跃”的方式传导的。后来科学家们取得的大量事实证明，有髓神经纤维传导电脉冲，确实是在朗飞氏结上一节一节地兴奋的，电脉冲的传导就像青蛙跳跃式地前进一样！

我们都知道，青蛙跳跃前进的速度要比其爬行快很多倍。有髓神经纤维也正是多了一层绝缘的髓鞘，使得它传导电脉冲的功能踏上了“信息高速公路”。同样直径的无髓神经纤维与它相比，简直就成了“蜗牛”在爬行前进。有髓神经纤维的出现使神经纤维传导信息的速度极大地提高了，使得机体对刺激做出反应更加地迅速、灵敏了。