念意有多快

人类的反应时间取决于两件事：第一，需要注意的事件性质；第二，神经信号传播过大脑的速度。而人脑是以三个基本时间尺度运转，分别取决于三个紧密连结成网、但在某种程度上仍有区别的元素之反应时间：
˙脑干(brainstem)，这在进化上是我们的大脑最古老的部分，通常被称为神经学者称为“爬虫类脑(reptilian brain)”，是最自动化的部分，反应时间约0.03秒。
˙在每种哺乳类动物与鸟类的大脑中央都有由一堆结节状小东西组成的边缘系统(limbic system)，内含情感主导的、简称为4F的四种反应──战斗(fighting)、喂养(feeding)、逃离(fleeing)与交配(fornicating/fucking/mating)，反应时间最快0.2秒。


˙外层(outer layer)，这是区隔人类与其他大多数哺乳动物的部分，被称为新皮质(neocortex)，需要至少0.7秒，以流露出我们知觉到的意识，有意识的想法(thought)。
构成大脑的网络是由神经元(neuron)组成，信号则是在神经元的细胞体(cell-body，或称soma)内产生，并在轴突(axon)上传递。每个神经元都有一个轴突，其长度依据其任务从1公尺至1公厘以下；轴突以其树突(dendrites)部位与其他神经元相连，神经元通常有数千个树突以及轴突，链接点的数量平均有1万个。
该信号本身是一种电脉冲(electric pulse)，被称为动作电位(action potential)，峰对蜂约100mV的隔离电压棘波(isolated voltage spike)，持续时间约1毫秒(millisecond)，如图1。

心念有多快

图1 动作电位，一个想法就是一个电脉冲。(Ransom Stephens绘图)
神经信号透过被称突触(synapse)的连结在神经元之间传递，在一个突触中，动作电位的电能会激发在细胞囊泡(vesicle)内的化学神经传导物质释出；该种化学物质穿过传递神经元的轴突，经由突触到达接收神经元的树突。而神经传导物质的化学能量会转换回去变成动作电位，在接收神经元内传播(图2)。

心念有多快

图2 图中的神经元在顶端有树突，延伸至图框外的部位就是轴突。(图片来源：美国国家卫生研究院National Institute of Health)
在1850年，德国物理学家Hermann von Helmholtz量测了动作电位传递至轴突的速度，为大约每秒30公尺(m/s)；而电场在真空状态下于线路传播的速度约是光速的一半、即1.5亿m/s。因为动作电位沿着轴突传播，是透过钠(sodium)与钾(potassium)离子的交替进出，其速度被限制在化学扩散(chemical diffusion)速率。
轴突藉由称为髓磷脂/髓鞘(myelin)的脂肪与蛋白质混合物被隔离；轴突被隔离得越妥善，神经信号传递的速度就越快；神经信号的传递速度范围从每秒数英呎到大约音速的30%， 我们的大脑内大部分神经信号是以约30m/s的速度传播。

思考速度有多快:思考到行動不到150毫秒

现代医学通过对神经传导速度的进一步研究表明，神经纤维的传导速度并不是都一样的，其与神经纤维的直径有关，神经纤维的直径越大，传导速度越快。比如人或哺乳动物的主神经纤维直径为1—22微米，它的传导速度可达每秒5~120米；主神经的分支神经以及内脏神经直径小于3微米，它的传导速度为每秒3~15米；而末梢神经直径0.3—1.3微米，它的传导速度大致为每秒0.6~2.3米。

心念有多快

生理学家还发现哺乳类动物主神经纤维的直径与传导速度成线性关系，神经纤维外直径每增加1微米，其传导速度每秒将增加6米。

心念有多快

就基本操作的速度而言，计算机有巨大优势[3]。目前，个人计算机能以每秒100亿次操作的速度执行基本算术运算（如加法运算）。
  大脑的速度可以通过神经元相互通信的过程来估算。
  例如，神经元激发动作电位——在神经元细胞体附近释放脉冲电流，并沿着轴突传递，轴突连接着下游神经元。在上述过程中，信息按脉冲电流的频率和时间进行编码，且神经元放电的频率最高约为每秒1000次。
  又如，神经元主要通过突触释放神经递质来将信息传递给其他神经元，接收到信息的神经元在突触传递的过程中将神经递质结合转换回电信号。最快的突触传递大约需要1毫秒。因此无论在脉冲电流还是突触传递方面，大脑每秒最多可执行大约1000次基本运算

人脑信号传递基础，是传输速度100m/s左右的电化学过程。
信号不能精准控制，误差可达1/100。
电脑信号传递基础，是70%光速（200000000m/s左右）的电信号。
信号能精准控制，误差小至1/2^32（1/42亿）[1]。
通常来说，大脑神经元处理信号的速度，比电脑晶体管慢1000万倍。
电脑处理信息的精度，是人脑精度的几百万倍。
除此之外，相比起电脑，人体是一个耗散系统。需要通过源源不断的新陈代谢，才能维持系统的良好运转。
只要一停机，系统就直接崩坏。所以，单单是维持这个系统，大脑就需要消耗巨大的算力。
你那不停跳动的心脏，身体内躁动的荷尔蒙，哪个不需要算力的维持？
但神经元的信号传递又慢，那应该怎么办？
当然是增加神经元个数了，通过数量来弥补算力的不足，这便是大力出奇迹。



为了维持这个高新陈代谢的耗散系统，人脑拥有1000亿级的神经元，100万亿个神经突触连接，拥有5000 TOPS（5×10^15）的算力，是普通计算机（100亿）的数十万倍。
其实一只小小的蚂蚁都有25万的神经元，达到几十亿的算力，相当于一台普通计算机。
高算力只是动物的共性，人类并不特例。
如果按照神经元的数目来说，大象（2570亿个神经元）的总算力甚至可以达到人类2倍还多。但大象在智力方面、抽象思维的能力，却比人类低了很多。
人脑最核心的，还是大脑皮层。
人脑功能其实分区的，比较经典的理论就是三位一体理论。该理论在以前的回答，已经说过不少次，就不细说了。总的来说，大脑皮层才是人类最高级的神经中枢。人们最关心的感官、语言、思维、意志，都是大脑皮层主导。
而人类大脑皮层的神经元个数是140亿个，总算力应该在10^14~10^15 OPS之间。
也就是说大脑皮层的算力，大约只占整个大脑的15%左右。
而大脑皮层的主要功能在于视、听、躯体感觉、运动，以及相关联络区的功能。



真正能用在思维上的算力，占比又更小了。
正是因为这个原因，大脑在长期演化过程中，成了一个无比节能的系统（哪怕如此，也占了总能量消耗的20%），处理各种信息都进行各种精益求精。
例如，你眼睛接受的信号高像素（几千万）、大内存，但被大脑一加工，直接变成了几个字节储存在大脑内。无比“垃圾”的一级缓存，甚至让你短短10妙之内，无法记清你刚才看过的图片、听过的音乐、看过的书的细节。
看看这个世界上，有着多少强迫症。如果不是这一级缓存太垃圾了，你哪里需要去反反复复确定关没关门这一件事情。
不过好处还是有的，低字节处理，可以让人脑储存的总信息比普通电脑多很多。
回忆的时候，大脑会用超强的脑补能力，弥补丢失的细节。但由于生物噪声太大，可能会脑补出一些原画面根本没有的东西。和朋友聊起某一件事情，你觉得自己见到了、听到了、闻到了，但朋友却没有经历过，简直咄咄怪事，你以为自己脑子有毛病（人家真没毛病，只是常规改数据而已）……
如果我们的意志是大脑内的管理员，那么这也是一个权限低得令人发指的管理员。



不仅我们对控制中心毫无权限，连软件都只能控制一半（植物性神经不受意志控制）。
你认为重要的记忆或者信息，被任意的删改，更是常规操作。
我们的大脑每天都会接受各种各样的新信息，旧信息不以我们意志为转移的每天不停地丢失字节，慢慢变得失真。若干年后，你翻一翻老照片，咦，这LOW Bj竟然是当年的我？
甚至有的大脑信息被加工得面目全非，常常觉得有人迫害自己，导致精神分裂什么的。有时候某些信息还会影响CPU的功能，导致抑郁什么的。
过大的生物噪声也让人类的浮点计算能力，低得令人发指。你把从古自今，囊括所有人类最牛大脑，包括牛顿、欧拉、高斯、黎曼、爱因斯坦、杨振宁……所有人加起来，浮点计算能力也比不过一台计算器。
计算机的浮点计算力，至少是人类的几十万倍以上。
人类哼哧哼哧的把圆周率算了1000多年，也才多少位数……
如果有效内存过低、生物噪声过大、浮点运算过低、容易损坏是人大脑的缺点，但相比起电脑，人脑还是有着突出优点的：
大脑神经元之间的链接强度是可以根据活动和经验进行修改的。
无论你学滑冰、看书、或者玩游戏，在重复训练的过程中，神经网络会逐渐提高精度和速度。甚至在不断学习的过程中，还能诞生新的突触连接。
人脑之所以有这些能力，主要在于，人类的大脑其实是超多核处理器（单单大脑皮层都可以分成多少个核心区），拥有多层结构的深度学习模式。
不仅仅是人类，基本上任何哺乳动物的大脑内，都存在深度学习的机制。
这种复杂性，是当前的超级电脑远远不能比的。
所以人脑在策略、思维、艺术、语言上，具有非凡的优势。
虽然当前的人工智能能够学习艺术，甚至能创造艺术，做出远超普通人的作品。但其实，这主要还是体现在电脑精度上的优势。


例如，你让电脑学习投篮，它通过学习，可以投得无比精准，但你让他上场打球却是根本不可能。现在的人工智能，其实仅仅还在学习投篮的阶段。
看起来阿尔法狗很牛逼，但它的“思维”过程，其实也是模仿人类的神经网络，属于全局性的运算。由于电脑的高精度优势，所以只需要模仿神经网络的皮毛，就可以达到比人类更优秀的计算能力。所以阿尔法狗通过学习能在围棋上能战胜人类，并不意外。
人类的大脑通常会采取更加模糊（精度太低），且高效（人类大脑更擅长经验判断）的方式。但从思维模式来说，阿尔法狗的神经网络比起人类来说，还无比的简单。
除此之外，人类通过围棋的思维，可以完全运用在其它事情上面。但阿尔法狗则只会下棋，把它运用到其它领域，需要全新的规则学习。
总之，当前人工智能的“智能”差距，主要体现在大脑的复杂结构和模式上。

人类的思维瞬息万变，那么大脑电信号传递有多快呢？

科学界主流观点认为，大脑神经元传递信号所用的信使是动作电位。虽然从根本上讲，动作电位的产生和传递依赖于电荷、电场，但最终实现方式却是离子的流动和聚集，速度并没有人们想象中那么快。

这到底是怎么一回事呢？我们先从神经元的电性质说起。

神经元的静息状态

形象的说，大脑是一锅离子粥，钠离子、钾离子、钙离子等充斥其中。细胞膜是一张柔软却绝缘的磷脂膜，它从这锅离子粥中舀出一瓢，然后密封起来，就形成了一个个神经元和其他类型的脑细胞。

但细胞膜不仅仅是绝缘这么简单，它上面镶嵌着各种各样的“奇珍异宝”，其中一件叫钠钾泵。钠钾泵在能量的参与下，能将3个带正电的钠离子泵出细胞，同时将2个正电钾离子泵进膜内。

钠钾泵将3个钠泵出2个钾泵入

净结果是，钠钾泵每次运作，都将一个正离子泵出膜外。这就形成了神经元膜外带正电，膜内带负电的局面，即外正内负。在不受任何外界干扰的静息状态下，通常神经元膜外的电压要比膜内高70mV，这就是一个典型神经元的静息电位：-70mV。

神经元静息时膜电位外正内负

另外，钠钾泵的作用也使钠离子在膜内聚集，钾离子在膜外聚集，钠钾离子的这种分布模式对于动作电位的生成相当关键。

动作电位的产生

当神经元受到干扰，比如接收到邻居神经元的突触信号或者机械刺激，它的膜电位会变得更正，比如-60mV。这会引起一些对电压敏感的钠离子通道开放。钠钾泵的运作使钠离子膜外浓度高，再加上膜外正电的排斥，钠离子的专属通道打开后，钠离子会蜂拥入膜内。钠离子内流会进一步使膜电位变正，专业点叫法是去极化。当去极化超过一个阈值，通常为-50mV，会引发质变，大量的钠离子通道瞬间打开，钠离子蜂拥入膜内，膜电位快速拉升至+40mV左右，一个动作电位就此诞生了。

一个完整的动作电位

严格的说，此时的动作电位只是从母亲的身体里露出来一个关键的大尖头，臃肿的身体还在后面。

+40mV的膜电压会打开另外一种电压敏感的离子通道，钾离子通道。钾离子跟钠离子不一样，由于钠钾泵的作用，它在膜内的浓度远远高于膜外。钾离子通道一旦打开，钾离子会泄洪般外漏。这会将刚才还一骑绝尘的膜电位不留情面地拉下马，恢复至原来的水平。

之后，钠钾泵会出来收拾残局，将膜内外的钠钾离子恢复到初始浓度。

至此一个电位算是画完了。

另外，关于时间。

动作电位虽然幅度很大，但时程很短，尖峰时程大约只有1毫秒，甚至更短。加上之后的恢复过程，也不过三、四毫秒左右。

关于地点。

动作电位一般在轴突根部轴丘生成，这是因为轴丘钠离子通道密集，是钠离子攻城入膜改变电位的重点部位。

轴丘是动作电位起始位点，是轴突离开胞体的起点

轴丘是动作电位起始位点，是轴突离开胞体的起点

动作电位一旦生成，它会像病毒一样快速复制，让临近的膜产生一模一样的动作电位，它以此种形式在轴突上传播。

动作电位在轴突上的传播

神经元的轴突长得有点像甘蔗，一节一节的。这些节结构，在轴突上叫郎飞结。郎飞结之间的节间区由髓鞘包裹，髓鞘是由蛋白质和磷脂组成的绝缘物质。髓鞘本身不是神经元轴突的一部分，而是胶质细胞的“触手”。一个胶质细胞可以伸出许多触手包裹一根或多根轴突，从而形成许许多多的郎飞结。

在中枢神经系统（脑和脊髓），这种胶质细胞叫少突胶质细胞（顾名思义，这种胶质细胞树突少），而在外周神经系统，则叫施旺细胞。

胶质细胞的触手包裹轴突形成郎飞结

髓鞘就像一节一节绝缘的胶皮管子套在轴突上，使轴突不能跟外液接触，动作电位也就无法在髓鞘包裹的节间区域生成。只有在狭隙的郎飞结处，神经元的轴突才得以见天日。轴突当然不会浪费这难得的机会，它在这狭小的缝隙聚集了高浓度的离子通道，使得动作电位极易在这里产生。

我们知道，动作电位产生时，会有海量的钠离子从膜外涌进膜内，使得细胞膜去极化。这些涌进来的钠离子在浓度梯度和电荷斥力的作用下迅速向周围扩散，这就使得临近的郎飞结也去极化，去极化达到一定阈值，新的动作电位就在一个新的位置产生了。换句话说，动作电位传播了一个郎飞结间的距离。

内流的Na+被动扩散引发下一个郎飞氏结处动作电位的产生

动作电位的传播跟电荷在轴突里的被动扩散不一样，被动扩散产生的电位传播会随着距离衰减。但动作电位不会，每产生一次就是一次新生，一模一样的新生，没有衰减。

郎飞结使得动作电位在轴突上传递时，并不是火箭般一路飞奔，而是像穿越虫洞一般在邻近节之间跳跃。

动作电位在轴突上跳跃传播

这种传播方式大大加速了动作电位的传递速度。跟无髓鞘的轴突相比，有髓鞘轴突使动作电位传播速度由10米每秒飙升到150米每秒。

为什么郎飞结会让动作电位传播加速？

没有髓鞘的轴突，就像一只想兜住溶液的袜子，到处都是离子的漏洞。

而动作电位引起的内流钠离子，需要向周围扩散，使临近膜电位去极化，进而产生动作电位，扩散的距离和速度取决于钠离子的浓度。

袜子样的轴突兜不住扩散中的钠离子，钠离子会从轴突向外漏出，使得轴突内钠离子浓度迅速减低，无法长距离的传播，只能在很近处产生新的动作电位。这就像老太太走路，步子小，还一走一停。

而裹了髓鞘的轴突，就像穿了胶皮靴子，滴水不漏。钠离子扩散过程中可以保持较高的浓度，可以快速、长距离的传播。

来一张可爱的动图：

无髓鞘轴突和有髓鞘轴突动作电位传播模式比较

郎飞结使得动作电位相隔一大段距离才生成一次，不但提高了传播速度，还节省了能量。

总结

脑信号的传递信使——动作电位，并不是光速传播。它的传播靠溶液内离子的流动和聚集实现，跟光速有天壤之别。但即便如此，动作电位的传播速度仍然比高铁还快。

其实，动作电位在轴突上的传播只是神经元信息交流的一小步，更重要同时也是更耗时的一大步是信号跨神经元时的突触传递。

神经元的信使动作电位沿着轴突一路披荆斩棘杀到轴突末端后，怎么把信息传递给下一个神经元？一条路是换一种有实体的信使跨越过去，这种方式便是化学突触。另一条路是在前后两个神经元之间建一条空中通道，直接打通两个神经元。这种方式就是电突触。

化学突触的结构

化学突触由突触前、突触后和突触间隙组成。

突触前为前一个神经元的轴突末端，而突触后是下一个神经元的胞体或树突。通常，下一神经元的树突会在某处伸出一隆起，去接洽另一神经元轴突末端，如此就形成了突触结构。而这一隆起称为突棘，如果位于树突则称为树突棘。

轴突末端和树突棘形成突触结构化学突触的传递过程

在这种传递方式中，有实体的信使是一种微小的囊状物，称为突触小泡。突触小泡位于突触前神经元的轴突末端，直径只有几十纳米。别看它们个头小，肚子里装的东西可不得了。如果没有突触小泡和她肚子里的东西，大脑一准死机。

突触小泡肚子里装着高浓度的小分子，比如乙酰胆碱、多巴胺、五羟色胺等等。这些小分子称为神经递质。

右侧轴突末端内的红色小球为突触小泡
平常的时候呢，突触小泡在突触前门悠来悠去。一旦火急火燎的动作电位驰来，它们便立马严阵以待。

当然，在细胞质内晃悠的突触小泡没长眼睛，也没有耳朵，无法感知远在膜上的动作电位，她只能感受周身的事物。所以，膜上的动作电位需要另外一个信使去通知位于胞浆中的突触小泡。

这位信使是钙离子。

动作电位引起的膜电位变化会打开突触末端膜上的钙离子通道，然后钙离子疯狂从膜外流入膜内，导致突触膜内钙离子陡然升高。当突触小泡感受到周围钙离子拥挤时，就会跟突触前膜融合，然后将怀中物尽数吐到突触间隙。

突触囊泡释放神经递质

这些怀中物（神经递质）会扩散到隔海相望的另一个神经元的膜上，也就是突触后膜。之后，会跟突触后膜上的蛋白受体结合。

这些蛋白受体也不简单，它们不单单是受体，还个个身怀绝技，有的身兼离子通道，有的可以召唤一排小兵去打开离子通道。

这些受体有些会让突触后神经元兴奋，有些会让突触后神经元抑制。通常，一个突触的突触前神经递质类型固定，且突触后的受体类型也相对稳定，突触的效应也就稳定。因此，突触大致可以分为兴奋性突触和抑制性突触。

兴奋性突触

烟碱型乙酰胆碱受体是乙酰胆碱受体中的一种，它可以被体内的乙酰胆碱激活，同时也可以被尼古丁激活，尼古丁俗称烟碱，“烟碱型乙酰胆碱受体”因此得名。尼古丁是香烟的主要化学成分，也是香烟成瘾的元凶。

延伸阅读
正常情况下，大脑存在一个乙酰胆碱-多巴胺奖励系统，位于背外侧被盖区的乙酰胆碱神经元释放乙酰胆碱到腹侧被盖区。腹侧被盖区英文缩写VTA，内含大量的多巴胺神经元，这些多巴胺神经元身上表达烟碱型乙酰胆碱受体，可以被乙酰胆碱激活，激活后释放多巴胺到伏隔核（Acc），已完成对机体的奖励，比如，在我们大快朵颐之时这条通路会被激活。

乙酰胆碱-多巴胺奖励系统

尼古丁进入血液后可以穿过血脑屏障进入脑组织，和多巴胺神经元上的烟碱型乙酰胆碱受体结合从而激活多巴胺神经元，释放多巴胺，让人产生幸福感和放松感。此外，尼古丁和烟碱型乙酰胆碱受体结合更牢固，不容易被清洗掉，因此能产生出更强烈和更持久的幸福感，这要比生理条件下的乙酰胆碱来的更猛烈。这也是尼古丁容易让人上瘾的原因。

那么，乙酰胆碱或尼古丁是如何激活表达有烟碱型乙酰胆碱受体的神经元呢？

烟碱型乙酰胆碱受体本身也是正离子通道，和乙酰胆碱结合后会开放离子通道，进而钠离子（内流）、钾离子（外流）等正离子可以通过，离子流动的净结果是正离子内流，从而让局部膜电位去极化。

乙酰胆碱和烟碱型乙酰胆碱受体结合，打开非特异的正离子通道

这样的电位叫兴奋性突触后电位，可以使突触后神经元兴奋。

兴奋性突触后电位累积到一定幅度，超过阈值，就会引发动作电位，神经元也就被激活了。同时，突触前神经元的动作电位也就传递到了突触后神经元。

抑制性突触

其实，并不是所有的突触前神经元都想将自己的动作电位传递给下一个神经元，抑制性中间神经元就不想。它只想把下个神经元给抑制掉，不让其兴奋。比如，在中枢神经系统中最常见的GABA神经元，它就专门抑制与其接壤的突触后神经元。

GABA神经元

GABA神经元囊泡会释放GABA到突触间隙，GABA随后跟GABA受体结合。GABA受体本身也是一个氯离子通道，通道打开后带负电的氯离子内流，会让神经元膜电位超极化，即跟去极化背道而驰。如此一来，神经元便被抑制了。超极化电位也就抑制性突触后电位。

兴奋性突触后电位和抑制性突触后电位统称突触后电位，它们是一个相对缓慢的电位变化过程。此外，突触后电位也是场电位，比如耳熟能详的脑电的主要信号来源。

总结

化学突触的整个过程耗时且耗能。在哺乳动物的中枢神经系统，从突触前到突触后的一系列过程走下来要0.2到0.3毫秒。时间看似很短，但突触间隙只有20到30纳米，也就是说，神经信号跨突触的速度为每秒10的负5次方米，0.1微米。

神经元之间有没有快一点的通信方式呢？

有，它的名字叫电突触。

公元1959年，伦敦大学学院的科学家在小龙虾的巨大运动神经元(giant motor neuron)上发现了一种特别的突触。经过这种突触，前一个神经元的信号传递给下一神经元时，几乎没有时间延迟。正是这种突触让小龙虾躲避捕食者时能够迅雷不及掩耳。科学家称这种突触为电突触。

小龙虾的巨大运动神经元通过电突触接收信号，动作电位的传递几乎没有延迟

那么，到底是什么电突触呢？又是什么赋予了电突触极短时间的延迟特性呢？

神经元之间的隧道——电突触

我们知道，中枢神经下达的一个运动指令，通常需要经过几级神经元才能传递到肌肉。而指令的承载者动作电位在一个神经元内部传递时。最耗时的部分通常是动作电位跨神经元时经历的突触传递。

大多数的突触都是化学突触，耗时耗能。因为经过化学突触时，动作电位首先要引发突触前膜释放递质，递质扩散到突触后膜，跟受体结合打开离子通道，最后才能引起后膜的动作电位，步骤繁琐。

左边是化学突触，右边是电突触

但有一小部分突触是小龙虾体内的电突触。跟化学突触相比，电突触在传递信号时比较取巧。它在前后两个神经元之间打通了一条空中隧道，如此以来，动作电位一猫腰，就直接窜到了下一个神经元，根本不需要冗长的转换步骤。

此外，电突触的突触间隙只有2-4纳米，而化学突触可达20到40纳米，间隙的缩短也为快速传递贡献了力量。

电突触隧道的砖块——连接蛋白

电突触的隧道是由一种叫做连接蛋白的蛋白搭建的。一半的连接蛋白位于电突触的前膜，另一半位于后膜。每一半的连接蛋白都由6个圆柱状的亚基构成，6个圆柱围成一个中空的隧道。电突触前膜的隧道孔和后膜的隧道孔对接密封，就形成了一个连接前后两个神经元的直通隧道，直径通常为1.2到2纳米。

连接蛋白是一个很大的蛋白家族，广泛表达与脊椎动物体内，在人类的基因组中已发现21种连接蛋白基因。

电突触和连接蛋白

电突触隧道足够大，带电离子和某些分子（如ATP）可以自由通过。不仅如此，电突触里的隧道不止一个，而是很多个。简直可以说，在一定程度上，两个神经元在电突触的位置，细胞质是相通的，俨然融合成了一个神经元。因此，动作电位跨电突触毫不费力，就好似在同一片膜上传递一样，如履平地。当然，传递时间也就取决于膜电位的电紧张扩布（由带电离子的浓度梯度扩散和电场的斥力决定），自然会大大缩短。

电突触（左）和化学突触（右）传递时间对比

其实，电突触虽然是少数，但在几乎所有的神经系统中，都有电突触的身影。

除了经常出现在需要快速响应的神经系统中，电突触另一个常见的作用是使一个神经网络里的神经元同步放电。

电突触同步神经网络的放电活动

比如，哺乳动物下丘脑内的神经元之间存在广泛的电突触连接。

下丘脑是哺乳动物的内脏活动和内分泌系统控制中心。它虽然只有4克重，但功能却多种多样。下丘脑分泌各种激素，可以调节有机体的体温、进食、饮水和生物节律等等。

下丘脑

在下丘脑分泌的激素中，有一种叫催产素（Oxytocin）。催产素在社交、分娩等场景中起重要作用。比如，分娩时，催产素大量释放，伸张子宫颈收缩子宫，以促进分娩。浪漫关系中的热恋男女体内的催产素也处于较高水平。

而催产素的分泌模式是阵发式的。究起根源，离不开电突触。

催产素产生于下丘脑内的一个核团，该核团位于大脑第三脑室附近，因此得名室旁核。

脑室系统，黄色部分为第三脑室，室旁核就在它附近

室旁核里有一种可以分泌催产素的神经分泌细胞——巨细胞神经分泌细胞（Magnocellular neurosecretory cells），这些巨细胞伸出长长的轴突到垂体后叶。

下丘脑室旁核的巨细胞轴突深入垂体后叶

在垂体后叶，巨细胞的轴突末端像蒲公英一样嘭的散开，力图深入垂体的丝丝缝缝，并在末端肿大，以增加分泌激素的面积。每一个巨细胞轴突里都有上万个装有激素分子的囊泡。当动作电位噼啪到来时，巨细胞轴突膨大的末端会将催产素轰地一声分泌，进入垂体后叶里的毛细血管，最终进入血液循环。

垂体以及脑室旁核所在的下丘脑

这些分泌催产素的神经分泌细胞之间存在电突触，因此经常同步放电。在时间轴上看，某一时刻神经分泌细胞同时放电，另外的时刻则同时安静。这就是催产素脉冲分泌的原因，好处也是明显的，由于成千上万的细胞同时分泌，每个脉冲期间激素的释放量相当大，可快速引起大效果。

总结

电突触传递时间快，但突触前和突触后的信号几乎一样，缺乏变化。而化学突触则相反，时间慢，但在信息传递过程中，允许多种多样的信号调控。比如，记忆形成时突触连接增强，而记忆消退时相应的突触连接则变弱。

电突触和化学突触一起，取长补短，共同造就了丰富多彩的神经系统和动物行为。

脑室系统，黄色部分为第三脑室，室旁核就在它附近

室旁核里有一种可以分泌催产素的神经分泌细胞——巨细胞神经分泌细胞（Magnocellular neurosecretory cells），这些巨细胞伸出长长的轴突到垂体后叶。

传导速度与神经纤维直径的关系

Helmholtz所测定的是神经干中运动纤维的冲动传导速度。神经干中有不同的神经纤维，这些纤维传导冲动的速度是否相同呢？在神经干的一端刺激神经，在离刺激点不同的距离的神经干上记录单相动作电位，会得到不规则的动作电位图，除明显的锋电位外还会有较小的锋形电位。那么这些锋形电位是神经干中某些纤维重复发放的冲动，还是由于神经干中不同纤维的传导速度不同，因而到达记录电极的锋电位的时间有先后呢？在距刺激点不同的距离处记录动作电位得到不同的图形，距离刺激点越远，则锋电位与它后面的较小的锋形电位之间的距离越大，这说明这些较小的锋形是由传导速度不同的纤维的锋电位所形成的。锋电位的大小代表各组纤维的多少。进一步研究表明，神经纤维的传导速度与纤维的直径有关，神经纤维的直径越大，传导速度越快。哺乳动物神经干内有三类纤维，即A、B、C三类纤维。

A类纤维是有髓鞘的躯体传出（运动）与传入（感觉）纤维，直径为1—22微米，传导速度为5—120米每秒。

B类纤维是有髓鞘的内脏神经节前纤维，直径小于3微米，传导速度为3—15米每秒。

C类纤维是无髓鞘传入纤维与无髓鞘交感神经节后纤维，直径0.3—1.3微米，传导速度为0.6—2.3米每秒。

对A类纤维中各种不同直径纤维的传导速度进行过仔细的研究，发现哺乳类动物A类纤维的直径与传导速度成线性关系，纤维外直径每增加1微米则传导速度增加6米每秒。

髓鞘内轴突的直径与传导速度的关系则更接近于直线，传导速度（米每秒）与轴突直径（微米）的比值为8.7。

神经元的膜电位

在安静状态下，神经元膜外正电荷要多于膜内，这使得膜外电位要高于膜内，即外正内负。

静息状态下神经元外正内负

当兴奋性神经递质接触神经元细胞膜，结合其上的受体门控钠离子通道后，受体门控钠离子通道会像城门一样打开，开放的钠离子通道允许钠离子自由通过。由于钠离子膜外浓度高于膜内，钠离子受浓度梯度的驱动会跑向膜内。这会使膜外电压相对膜内变低，即膜电位去极化。

而神经元膜上存在另一种钠离子通道，对电压敏感。膜电位去极化后，少量电压门控钠离子通道也会打开。

膜电位去极化，电压门控钠离子通道会打开

当兴奋性神经递质足够多，受体门控钠离子通道开放的足够多时，膜内外电压差会去极化到某一关键位置，即动作电位的阈值。一旦膜电位冲破这道阈值门槛，电压门控钠离子通道大量开放。钠离子也会洪水般内流，致使外正内负的电位差短时间内拉升反转，变为内正外负。一个动作电位就这样起始了。