ニューロン（神経細胞）とは？構造や仕組みを理解しよう！

生物

生物 2020.10.2

今回はニューロンの構造や仕組みについて解説していきます。構造や仕組みは図をイメージすることが大切です。

またニューロンの働きは、刺激による情報の流れを電位とともに理解する必要があります。特に興奮の伝導と伝達は紛らわしいので、それぞれの意味や違いを勉強していきましょう！

【目次】

１．ニューロンと神経系の役割

２．ニューロンの構造

３．ニューロンによる情報の伝わり方

４．ニューロンにおける活動電流と興奮の伝導

５．ニューロンの接続部分におけるシナプスと興奮の伝達

６．ニューロンのまとめ

１．ニューロンと神経系の役割

私たちの全身には神経系とよばれる神経のネットワークがはりめぐらされています。

神経系は、「情報を伝える」「情報を処理する」役割を担っています。
たとえば「飛んでくるボールを手でとる」場合を考えてみましょう。

この一連の反応では、まず目で受け取られた外界の光の情報が「感覚神経」とよばれる神経を通って脳へと伝えられます。そして、800億個以上のニューロンをもつ脳で、伝えられた情報が処理されて、視覚が成立します。

さらにこの視覚をもとに、ボールを取るよう適切に筋肉を動かす指令が脳から出され、その情報は「運動神経」とよばれる神経を通ってからだの筋肉に伝えられます。このような情報の伝搬、情報の処理が、神経系の担う役割です。

そして、ニューロン（神経細胞）は神経系を構成する中心的な細胞の名称です。
ニューロンは細く長い構造をしており、受容器からの感覚神経を中枢神経に伝え、中枢神経で情報を処理する役割をもちます。

２．ニューロンの構造

では、個々のニューロンはどのような構造をしているのでしょうか？

ニューロンは、大きく細胞体・樹状突起・軸索からなります。
この構造は非常に重要なので、しっかり覚えておきましょう。

細胞体：ニューロンの本体部分であり、ここに核がある。細胞としてのニューロンの活動維持に関わる。
樹状突起：細胞体から細かくのびた樹の枝状の構造で、隣接するニューロンからの情報を受け取る部分。
軸索：細胞体からのびる長い１本の突起。隣接するニューロンや効果器に信号を与える。長さは1mm～1m程度。腰のあたりから足にかけてのびる坐骨神経を構成するニューロンは、最長で1mの軸索をもつ

３．ニューロンによる情報の伝わり方

特徴的な構造をもつニューロンですが、どのようにして情報を伝えるのでしょうか？
そのしくみを解説していきます。

膜電位

生きた細胞の内側と外側の間には、「膜電位」とよばれる電位差があります。

具体的にいうと、細胞の外側に対して細胞の内側は数十mVの－（マイナス）^＊になっていて、この電位差が膜電位です。
＊細胞の外側の電位を基準（0）にしたときの細胞の内側の電位

この理由は少し難しいですが、簡単に説明しておきます。理解が進んで余裕のある人は読んでみてください。

細胞膜には、ナトリウムポンプやカリウムチャネルなど、イオンの移動にかかわる構造が存在します。ナトリウムポンプはナトリウムイオン（Na^＋）を細胞の外に汲み出し、同時にカリウムイオン（K^＋）を細胞内に流入させます。また、カリウムチャネルはカリウムイオンを通過させる通路のような構造で、細胞内に流入したカリウムイオンは細胞外へと流出します。

これらのイオンが汲み出されたり、流入・流出したりすることで、細胞の内側と外側の間でイオンのアンバランスが生じており、その結果、細胞の内側と外側の間で電位差が生じています。これが膜電位です。

静止電位と活動電位

ニューロンや筋肉の細胞は、刺激を受けたときに膜電位を変化させる特殊なしくみをもっていて、興奮性細胞とよばれます。
そして、この膜電位を変化させるという特性が、「情報を伝える」というはたらきにおいて重要なポイントとなります。

興奮性細胞では、刺激をしていない状態（静止状態）の膜電位を「静止電位」といいます。ニューロンの場合、静止状態で細胞の内側が外側に対して－60mV～－90mV程度になっており、これが静止電位です。

では、ニューロンが刺激を受けるとどうなるのでしょうか？

ニューロンを刺激すると、刺激を受けた部分で細胞内外の電位が逆転し、細胞の外側に対して内側が＋となる現象が起きます。
細胞の外側に対して内側が＋となりますが、数ミリ秒^＊で元の静止電位に戻ります。
＊1ミリ秒は1000分の1秒

下のグラフで確認しましょう。

グラフ縦軸の「膜外・膜内」とは、「細胞膜の外・細胞膜の内」という意味なので、「細胞の外側に対する細胞の内側の電位（mV）」をさしています。
静止電位の状態から電位が逆転するようすが見てとれるでしょうか。この一連の電位の変化を「活動電位」といいます。

そして活動電位が発生するとき、ニューロンは興奮していると表現できます。このグラフは頻出なのでしっかりと頭に入れておきましょう。

活動電位が発生するしくみ

なぜこのような電位の逆転現象が起こるのでしょうか？この説明でポイントとなるのは「ナトリウムポンプ」と「ナトリウムチャネル」です。

ナトリウムポンプは細胞内のナトリウムイオン（Na^＋）を細胞外に汲み出すはたらきをしていて、常時稼働しています。
一方、ナトリウムチャネルは、ナトリウムイオン（Na^＋）を濃度勾配に従って（濃度の高い方から低い方へ）通過させる通路のようなものですが、静止時には閉じています。

ニューロンが刺激を受けると、このナトリウムチャネルが瞬間的に開きます。
そうすると、細胞の外側に存在するナトリウムイオンが細胞内に流入することになります。

正の電荷をもつナトリウムイオンが流入するので、細胞外に対して細胞内が＋となります。その後、ナトリウムチャネルは閉じ、ナトリウムポンプなどのはたらきによって静止状態へと戻ります。
重要な部分なのでしくみをきちんと理解しておきましょう。