Синапс: химическая передача сигнала

На стыке двух нейронов электрический сигнал превращается в химический и обратно — здесь и происходит вычисление.

Синапс — контакт между нейронами, где сигнал передаётся химически: спайк вызывает выброс нейромедиатора, тот действует на рецепторы соседа.

Цепочка событий

Спайк доходит до окончания аксона и открывает потенциалзависимые Ca²⁺-каналы.
Кальций входит внутрь и запускает слияние везикул с мембраной.
В синаптическую щель выбрасывается нейромедиатор.
Медиатор связывается с рецепторами постсинаптической мембраны, открывая её каналы.
Возникает постсинаптический потенциал — возбуждающий (EPSP) или тормозный (IPSP).

EPSP и IPSP

EPSP (excitatory) деполяризует сосед — толкает к спайку. IPSP (inhibitory) гиперполяризует — отдаляет от спайка. Нейрон суммирует те и другие и решает, выдать ли спайк.

Медиатор	Обычный эффект
Глутамат	возбуждение (EPSP)
ГАМК	торможение (IPSP)
Дофамин	модуляция, награда
Ацетилхолин	возбуждение мышц, внимание

Как работает под капотом

Смоделируем суммацию входов: несколько EPSP и IPSP приходят на нейрон, проверяем, взят ли порог:

epsp = [4.0, 3.5, 2.0]   # возбуждающие вклады, мВ
ipsp = [-2.5, -1.0]      # тормозные вклады, мВ
rest, threshold = -70.0, -55.0

Vm = rest + sum(epsp) + sum(ipsp)
print("Сумма EPSP:", sum(epsp), "мВ")
print("Сумма IPSP:", sum(ipsp), "мВ")
print("Vm после суммации:", round(Vm, 1), "мВ")
print("Спайк?", "ДА" if Vm >= threshold else "нет")

Вывод:

Сумма EPSP: 9.5 мВ
Сумма IPSP: -3.5 мВ
Vm после суммации: -64.0 мВ
Спайк? нет

Здесь EPSP не перекрыли расстояние до порога: торможение и недостаточное возбуждение оставили нейрон молчать.

Частые ошибки

Думать, что синапс просто «провод». Это химическая станция с задержкой (~0.5-1 мс) и возможностью усиления/ослабления.
Считать глутамат всегда возбуждающим, а ГАМК всегда тормозной — эффект зависит от типа рецептора, но как правило это так.
Забывать про Ca²⁺ — без входа кальция выброса медиатора не будет.

Итог

Синапс переводит спайк в химический сигнал и обратно.
EPSP толкают к спайку, IPSP — от него; нейрон суммирует все вклады.
Триггер выброса медиатора — вход кальция в окончание аксона.