神経細胞の生理学。シナプス伝達とその調節。神経伝達物質。

🧠 シナプス伝達synaptic transmission シナプス伝達（synaptic transmission）synaptic transmission（シナプス伝達） は「電気信号PSP, postsynaptic potential 電気信号（PSP, postsynaptic potential）PSP, postsynaptic potential（電気信号） （AP）→化学信号（NT放出）→電気信号 PSP, postsynaptic potential電気信号（PSP, postsynaptic potential） PSP, postsynaptic potential（電気信号）」という2度の変換過程だと捉える。Ca²⁺流入が変換のトリガーになる点、EPSP/IPSPの加重 weighting / summation 加重（weighting / summation） weighting / summation（加重） が軸索小丘 axon hillock 軸索小丘（axon hillock） axon hillock（軸索小丘） で最終判定される点、の2つが軸。

ニューロンの構造と電気的信号

電気緊張電位（グレイド電位）の例

• 受容器電位receptor potential受容器電位（receptor potential）receptor potential（受容器電位）
• 興奮性シナプス後電位excitatory postsynaptic potential, EPSP興奮性シナプス後電位（excitatory postsynaptic potential, EPSP）excitatory postsynaptic potential, EPSP（興奮性シナプス後電位）
• 抑制性シナプス後電位inhibitory postsynaptic potential, IPSP抑制性シナプス後電位（inhibitory postsynaptic potential, IPSP）inhibitory postsynaptic potential, IPSP（抑制性シナプス後電位）

いずれも局所的なイオンコンダクタンス conductance コンダクタンス（conductance） conductance（コンダクタンス） 変化によるアナログ信号 analog signal アナログ信号（analog signal） analog signal（アナログ信号） で、脱分極・過分極どちらも取りうる（1-06-the-development-of-the-action-potential-in-excitable-cells-similarities-andの比較表 Comparison Table 比較表（Comparison Table） Comparison Table（比較表） 参照）。

受容器電位

刺激強度に比例した膜電位変化で、内向き電流によって生じる。その振幅がAPの発火頻度 firing rate 発火頻度（firing rate） firing rate（発火頻度） を決定する。

flowchart TD
  A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='sensory reception'>感覚受容</span>器への刺激"] --> B["電気緊張性脱分極（減衰しつつ伝播）"]
  B --> C["閾値到達→<span class='jp-term jp-term-diagram' title='voltage-gated'>電位依存性</span>Na+チャネル開口→AP発生"]
  C --> D["APが線維上を伝播"]
  D --> E["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='voltage-gated'>電位依存性</span>K+チャネル開口＋Na+チャネル不活性化→過分極"]
  E --> F["閾値下に再分極→静止状態へ復帰"]

シナプスの2形式

シナプス伝達の過程

flowchart TD
  A["APが<span class='jp-term jp-term-diagram' title='axon terminal'>軸索終末</span>に到達→<span class='jp-term jp-term-diagram' title='presynaptic'>前シナプス</span><span class='jp-term jp-term-diagram' title='membrane depolarization'>膜脱分極</span>"]
  A --> B["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='voltage-gated calcium channel'>電位依存性Ca2+チャネル</span>開口→Ca2+流入"]
  B --> C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='synaptic vesicle'>シナプス小胞</span>が<span class='jp-term jp-term-diagram' title='presynaptic'>前シナプス</span>膜と融合"]
  C --> D["神経伝達物質が<span class='jp-term jp-term-diagram' title='synaptic cleft'>シナプス間隙</span>へ<span class='jp-term jp-term-diagram' title='exocytosis'>エキソサイトーシス</span>"]
  D --> E["後シナプス膜の<span class='jp-term jp-term-diagram' title='ligand-gated'>リガンド依存性</span>チャネルに結合"]
  E --> F["後<span class='jp-term jp-term-diagram' title='synaptic potential'>シナプス電位</span>の変化（EPSPまたはIPSP）"]
  F --> G["NTの除去：拡散／再取り込み／<span class='jp-term jp-term-diagram' title='enzymatic degradation'>酵素分解</span>"]

💡 「シナプス小胞synaptic vesicle シナプス小胞（synaptic vesicle）synaptic vesicle（シナプス小胞） 1個ぶん」が伝達の最小単位である（量子仮説）。 神経筋接合部neuromuscular junction (NMJ) 神経筋接合部（neuromuscular junction (NMJ)）neuromuscular junction (NMJ)（神経筋接合部） の終板 endplate / lamina terminalis 終板（endplate / lamina terminalis） endplate / lamina terminalis（終板） では刺激がなくても一定の大きさの小さな脱分極が自発的に生じており¹、神経刺激で生じる終板電位 endplate potential 終板電位（endplate potential） endplate potential（終板電位） はこの微小電位を単位とする整数倍の成分の重ね合わせとして説明できる²。この「単位」の形態的な実体がシナプス小胞 synaptic vesicle シナプス小胞（synaptic vesicle） synaptic vesicle（シナプス小胞） である。

💡 シナプス小胞synaptic vesicle シナプス小胞（synaptic vesicle）synaptic vesicle（シナプス小胞） の融合はSNARE複合体が担う。 シンタキシンsyntaxin シンタキシン（syntaxin）syntaxin（シンタキシン） -1・SNAP-25（標的膜側target-membrane side (t-SNARE)標的膜側（target-membrane side (t-SNARE)）target-membrane side (t-SNARE)（標的膜側））とシナプトブレビン synaptobrevin シナプトブレビン（synaptobrevin） synaptobrevin（シナプトブレビン） （小胞膜側vesicle-membrane side (v-SNARE)小胞膜側（vesicle-membrane side (v-SNARE)）vesicle-membrane side (v-SNARE)（小胞膜側））が1:1:1のSNARE複合体を形成して両膜を近接・融合させ、NSFNSF（nephrogenic systemic fibrosis）・SNAPがこの複合体を解離させてリサイクルする。シナプトタグミンsynaptotagmin シナプトタグミン（synaptotagmin）synaptotagmin（シナプトタグミン） -1（Ca²⁺センサー）とコンプレキシンが、Ca²⁺流入と膜融合 membrane fusion 膜融合（membrane fusion） membrane fusion（膜融合） のタイミングを協調させる³。

EPSP（興奮性シナプス後電位）

• 0.1〜5 mVの脱分極が数msec持続。リガンド依存性ligand-gated リガンド依存性（ligand-gated）ligand-gated（リガンド依存性） の非選択的陽イオンチャネル non-selective cation channel 非選択的陽イオンチャネル（non-selective cation channel） non-selective cation channel（非選択的陽イオンチャネル） 開口による。
• 最も代表的な興奮性NTはグルタミン酸。

IPSP（抑制性シナプス後電位）

• 0.1〜5 mVの過分極、またはEmを負側に安定化させる。リガンド依存性ligand-gated リガンド依存性（ligand-gated）ligand-gated（リガンド依存性） Cl⁻チャネル（またはK⁺チャネル）開口による。
• 最も代表的な抑制性NTはGABA（gamma-aminobutyric acid, γ-アミノ酪酸gamma-aminobutyric acid (GABA)γ-アミノ酪酸（gamma-aminobutyric acid (GABA)）gamma-aminobutyric acid (GABA)（γ-アミノ酪酸））。

シナプス後電位の加重

1つのニューロンは多数の入出力シナプスを持ち、総EPSPと総IPSPが加重 weighting / summation 加重（weighting / summation） weighting / summation（加重） されて軸索小丘 axon hillock 軸索小丘（axon hillock） axon hillock（軸索小丘） での発火可否が決まる。

⭐ 軸索小丘axon hillock 軸索小丘（axon hillock）axon hillock（軸索小丘） は電位依存性Na⁺チャネル voltage-gated Na+ channel 電位依存性Na⁺チャネル（voltage-gated Na+ channel） voltage-gated Na+ channel（電位依存性Na⁺チャネル） の密度が最も高い場所。 加重weighting / summation 加重（weighting / summation）weighting / summation（加重） された電位がこの閾値を超えればAPが発生し、加重電位summating potential 加重電位（summating potential）summating potential（加重電位） の振幅がAP発火頻度 firing rate 発火頻度（firing rate） firing rate（発火頻度） を決める（頻度コーディングfrequency coding頻度コーディング（frequency coding）frequency coding（頻度コーディング）、後述）。

シナプス小胞

1. 細胞体で合成され、軸索を通って軸索終末 axon terminal 軸索終末（axon terminal） axon terminal（軸索終末） へ輸送される。
2. 軸索輸送axonal transport 軸索輸送（axonal transport）axonal transport（軸索輸送） は微小管上を運動蛋白（motor protein：前進＝キネシン kinesinキネシン（kinesin） kinesin（キネシン）、後退retraction 後退（retraction）retraction（後退） ＝ダイニン dyneinダイニン（dynein） dynein（ダイニン））が担う。
3. 小胞内には①神経伝達物質、②エキソサイトーシス exocytosis エキソサイトーシス（exocytosis） exocytosis（エキソサイトーシス） に関わる蛋白、③伝達物質取り込み用の蛋白が含まれる。

カテコールアミン（catecholamine：NE、E）、ACh、アミノ酸系伝達物質amino acid transmitter アミノ酸系伝達物質（amino acid transmitter）amino acid transmitter（アミノ酸系伝達物質） は、エネルギー依存的energy-dependentエネルギー依存的（energy-dependent）energy-dependent（エネルギー依存的）に小胞へ取り込まれる：V型プロトンポンプがATPを消費してH⁺を小胞内へ汲み上げ、その勾配を使ってNT-H⁺交換輸送体 exchanger 交換輸送体（exchanger） exchanger（交換輸送体） がH⁺を排出しつつNTを取り込む（二次能動輸送secondary active transport二次能動輸送（secondary active transport）secondary active transport（二次能動輸送））。

神経伝達物質の分類

伝達物質効果の終結機構 termination mechanism 終結機構（termination mechanism） termination mechanism（終結機構） ： ①拡散、②前シナプス終末 presynaptic terminal 前シナプス終末（presynaptic terminal） presynaptic terminal（前シナプス終末） による再取り込み（reuptake、多くはNa⁺との共輸送——例：コカインcocaineコカイン（cocaine）cocaine（コカイン）はカテコールアミンの再取り込みを阻害する）、③酵素分解 enzymatic degradation 酵素分解（enzymatic degradation） enzymatic degradation（酵素分解） （例：アセチルコリンエステラーゼacetylcholinesterase (AChE)アセチルコリンエステラーゼ（acetylcholinesterase (AChE)）acetylcholinesterase (AChE)（アセチルコリンエステラーゼ））。

⚠️ コカインcocaine コカイン（cocaine）cocaine（コカイン） の薬理はカテコールアミン再取り込み阻害 catecholamine reuptake inhibitionカテコールアミン再取り込み阻害（catecholamine reuptake inhibition） catecholamine reuptake inhibition（カテコールアミン再取り込み阻害）。 シナプス間隙synaptic cleft シナプス間隙（synaptic cleft）synaptic cleft（シナプス間隙） のNE濃度が高止まりし交感神経作用が持続・増強される。

⚠️ グリアは「支持細胞」にとどまらない。 アストロサイトはニューロンの活動に応じて細胞内Ca²⁺濃度を上げ、自らも化学伝達物質を放出してシナプス強度をフィードバック調節 feedback regulation of the hypothalamic-pituitary-target axis フィードバック調節（feedback regulation of the hypothalamic-pituitary-target axis） feedback regulation of the hypothalamic-pituitary-target axis（フィードバック調節） することが示されており、シナプスを前シナプス終末 presynaptic terminal前シナプス終末（presynaptic terminal） presynaptic terminal（前シナプス終末）・後シナプス膜・グリアの三者からなる三者間シナプスtripartite synapse三者間シナプス（tripartite synapse）tripartite synapse（三者間シナプス）として捉え直す枠組みが提唱されている⁴。「シナプス伝達synaptic transmission シナプス伝達（synaptic transmission）synaptic transmission（シナプス伝達） は前後2つのニューロンだけで完結する」という単純化は、この枠組みでは見直されている。

頻度コーディング

刺激が持続・増強すると、受容器電位receptor potential 受容器電位（receptor potential）receptor potential（受容器電位） の振幅が大きくなり、AP発火頻度 firing rate 発火頻度（firing rate） firing rate（発火頻度） が上がる。K⁺チャネルによる再分極が閾値下に達するとすぐにNa⁺チャネルが再び発火するため、スパイク間隔interspike interval スパイク間隔（interspike interval）interspike interval（スパイク間隔） が短縮される。

まとめ

• シナプス伝達synaptic transmission シナプス伝達（synaptic transmission）synaptic transmission（シナプス伝達） はAP到達→Ca²⁺流入→小胞融合→NT放出→受容体結合 receptor binding 受容体結合（receptor binding） receptor binding（受容体結合） →PSP発生、という一連の電気-化学-電気変換。
• EPSPはグルタミン酸（AMPA/NMDA=イオンチャネル型 ionotropicイオンチャネル型（ionotropic） ionotropic（イオンチャネル型）、mGlu=GPCR）、IPSPはGABA（GABA_A=Cl⁻チャネル、GABA_B=Gi共役）が代表。
• 空間的加重spatial summation空間的加重（spatial summation）spatial summation（空間的加重）・時間的加重temporal summation時間的加重（temporal summation）temporal summation（時間的加重）・相殺cancellation 相殺（cancellation）cancellation（相殺） という3様式でシナプス後電位 postsynaptic potential, PSP シナプス後電位（postsynaptic potential, PSP） postsynaptic potential, PSP（シナプス後電位） が統合され、軸索小丘axon hillock 軸索小丘（axon hillock）axon hillock（軸索小丘） での発火が決まる。
• NTはエネルギー依存的 energy-dependent エネルギー依存的（energy-dependent） energy-dependent（エネルギー依存的） （H⁺勾配を利用した二次能動輸送 secondary active transport二次能動輸送（secondary active transport） secondary active transport（二次能動輸送））に小胞へ取り込まれ、拡散・再取り込み・酵素分解enzymatic degradation 酵素分解（enzymatic degradation）enzymatic degradation（酵素分解） で効果が終結する。
• 頻度コーディングfrequency coding 頻度コーディング（frequency coding）frequency coding（頻度コーディング） ：刺激が強いほど受容器電位 receptor potential 受容器電位（receptor potential） receptor potential（受容器電位） の振幅が大きくAP発火頻度 firing rate 発火頻度（firing rate） firing rate（発火頻度） が上がる。