神經細胞

神經細胞（英文：nerve cell），又有叫神經元（neuron），係一種特殊嘅細胞：一粒神經細胞喺俾某啲特定嘅嘢刺激到嗰陣，會以電同化學方式射訊號，如果有一大柞神經細胞連埋一齊，形成一個神經網絡嘅話，就可以做到大規模噉同時處理大量資訊。舉個例說明，而家有個人感覺到佢隻手俾針拮到，跟住即刻縮手。喺呢個過程入面，佢個神經系統內部發生咗以下嘅事：佢隻手塊皮膚上面嗰啲對力敏感嘅神經細胞對支針施嘅力有反應，於是就射訊號，呢啲訊號會沿住條脊椎上腦，等個腦知「隻手俾針拮到」；個腦話咁快自動決定應該縮手嚟保護隻手，於是又射返個「縮手」嘅訊號出嚟；呢啲訊號沿脊椎落返去隻手臂嗰啲運動神經細胞嗰度，啲運動神經細胞即刻令隻手臂嗰幾嚿肌肉郁，做「縮手」嘅動作。
神經細胞係各種動物神經系統－包括腦同脊椎－最主要同基本嘅組件。據估計，一個男人嘅腦平均有成 860 億（8.6 × 10）粒神經細胞，構成一個極之龐大嘅神經網絡，而資訊喺神經細胞之間嘅傳遞速度可以去到成 119米每秒咁快。於是乎喺一個大人嘅腦入面，時時刻刻都有幾百億粒神經細胞喺度以極之快嘅速度互相傳遞資訊，令到嗰個人能夠接收同處理外界嘅資訊，並且按照收到嘅資訊嚟決定做啲乜。
一粒典型嘅神經細胞係由三個主要部份組成嘅：
細胞體、樹突同軸突嘅結構主宰咗神經細胞嘅功能：包住一粒神經細胞嗰浸細胞膜會有機制令粒神經細胞裏面同周圍永遠都會有個非 0 嘅電勢差；當一粒神經細胞受到電嘅刺激嗰陣，佢浸細胞膜內外嘅電勢差會有所改變，而如果呢個電勢差改變嘅數值夠勁嘅話，噉個神經細胞就會產生一個動作電位（action potential）－一個新嘅電勢差改變。呢個動作電位會沿住粒神經細胞條軸突傳開去。而如果個動作電位夠勁，佢可以令到下一粒神經細胞再做呢一個過程傳送一個新嘅動作電位－如是者，資訊就沿住個神經網絡傳落去。
同第啲細胞一樣，神經細胞喺用染料上咗色之後可以喺顯微鏡下清楚噉睇到：喺 19 世紀尾，有唔少科學家都認為細胞學說唔適用於神經組織，認為神經組織係生物身上唯一唔係由細胞組成嘅嘢；喺 1887 年，西班牙神經科學家桑地牙哥·拉蒙卡哈（Santiago Ramón y Cajal）用嗰時新興嘅染色法高基方法（Golgi's method）將各種神經組織樣本染色，然後攞嚟喺顯微鏡下睇，最後發現當時前所未知嘅細胞－神經細胞。打後經過進一步嘅研究，拉蒙卡哈發現神經細胞彼此之間係有空間嘅（詳情睇下面突觸），而唔係好似嗰時某啲科學家所諗嘅噉，係一個完全相連嘅網。
拉蒙卡哈嘅研究最後令學界確立咗神經細胞教義（The neuron doctrine）：根據呢條教義，神經系統係由互相之間分開嘅個體細胞－神經細胞－所組成嘅，而呢啲神經細胞之間會有連繫，組成一個大嘅網絡嚟控制隻動物嘅行為。呢條原則係現代神經科學嘅根基。
及後廿世紀嘅神經科學研究確立咗神經細胞嘅定義。定義上，神經細胞係指有以下兩樣特徵嘅細胞：
神經細胞嘅呢啲特徵令佢哋可以輕易噉用嚟喺神經系統入面傳達資訊：資訊定義上係指「不確定性嘅減少」（reduction of uncertainty；可以睇吓資訊理論）；舉個例說明，對眼嘅視網膜上面每一粒感光細胞喺受到外界嘅光刺激嗰陣，會向個腦塊視覺皮層（個腦處理視覺資訊嗰一忽）射神經訊號，而個訊號嘅物理性質（例如係頻率）會按照佢感覺到嘅光嘅屬性而有所不同－例：f=βI{\displaystyle f=\beta I}，當中f{\displaystyle f}係傳嘅訊號嘅頻率，β{\displaystyle \beta }係一個固定嘅常數，而I{\displaystyle I}係受嘅光嘅亮度，呢啲訊號跟住會上腦，個腦就可以透過讀取個訊號嘅頻率（f{\displaystyle f}），得知對眼見到乜嘢亮度嘅光（I{\displaystyle I}）－個腦對於「眼前有啲乜」嘅不確定性減少咗。
有好多跡象顯示，神經細胞之間傳嗰啲訊號就係隻動物諗緊同感受緊嘅嘢：以人類做例子，如果一個人嘅神經系統入面啲神經細胞冇同某樣嘢相關嘅資訊，佢就唔會諗或者感知到嗰樣嘢－由行為上睇，佢唔會對嗰樣嘢有反應、事後唔會記得嗰樣嘢、唔會傾嗰樣嘢... 等等；而且神經細胞傳訊號嘅規律－好似係射訊號嘅頻率或者訊號之間嘅時間差呀噉－仲能夠預測嗰個人嘅行為以及佢所感知到嘅嘢（後者根據佢嘅口頭報告）。喺廿一世紀嘅心靈科學上一般認為，一個人類心靈嘅內容就喺佢體內嗰啲神經細胞所傳嘅訊號當中。
神經細胞往往喺結構上有高度嘅特化，喺神經系統入面做多樣功能：有啲神經細胞專門處理感官資訊（感覺神經細胞），有啲專門將有關郁動嘅訊號傳俾身體嘅肌肉（運動神經細胞），又有啲會專門負責控制唞氣同心跳呢啲生存必要嘅基本功能。因為噉，神經細胞喺形狀、大細同電化性質上都有相當大嘅內部差異，舉個例，一粒神經細胞嘅細胞體嘅直徑可以由 4 至 100微米不等－即係話最大同最細嘅神經細胞嘅直徑差異可以係成廿倍咁多。雖然係噉，有一啲結構特徵係神經細胞普遍都有嘅：
突觸（synapse）係神經細胞之間溝通嘅途徑。突觸位於一粒神經細胞嘅軸突末端，會差啲掂住下一粒神經細胞嘅樹突，有陣時亦會有兩粒神經細胞嘅軸突之間有突觸。當有一粒神經細胞所射嘅動作電位（指神經細胞射嘅電訊號）去到條軸突嘅末端嗰陣，個訊號會令到鈣離子通道打開，令到鈣離子（Ca）走入去個軸突尾嗰度。啲鈣離子跟手會令神經傳遞素呢種化合物湧出嚟，而呢啲神經傳遞素會移動去下一粒神經細胞嗰度，啟動嗰粒神經細胞嘅受容體。
人腦入面嘅突觸數量龐大：小腦入面某啲類型嘅神經細胞可以有成過百條樹突分枝，一粒噉嘅神經細胞可以同成幾萬粒其他神經細胞相連接；另一方面，又有某啲類嘅神經細胞得 1 至 2 條樹突分枝，但係每條會掂到成千個突觸。喺人腦嗰 100 億（有多）粒－即係 10粒－神經細胞入面，平均每粒神經細胞有 7,000 個突觸掂住第啲神經細胞。據估計，一個三歲嘅細路個腦有大約 10個突觸，而突觸數量似乎會隨年紀下跌，變成大人之後就進入穩定。至於大人平均有幾多個突觸，現時估計由 10個至 5 x 10個不等。
當一粒神經細胞所傳嘅訊號行去到條軸突最尾嘅突觸嗰陣，突觸會釋放神經傳遞素（neurotransmitter）嚟影響下一粒神經細胞。呢啲神經傳遞素會黐落去下一粒神經細胞嘅受容體（receptor）嗰度，而下一粒神經細胞跟住落嚟會有點嘅行為－會唔會傳新訊號－就係由「邊種受容體受到啟動」話事嘅。受容體大致上可以按佢哋對下一粒神經細胞嘅影響，分做三大種：
當中穀氨酸（glutamate）同γ-氨基丁酸（簡稱 GABA）係好重要嘅神經傳遞素。穀氨酸同 γ-氨基丁酸係個腦入面最常見嗰兩種神經傳遞素－腦入面超過 90% 嘅神經細胞都係靠呢兩種神經傳遞素嚟傳達資訊嘅：穀氨酸嘅作用好簡單直接－穀氨酸會對好幾種唔同嘅受容體有作用，並且對其中幾類嘅受容體有刺激性作用，又同對第啲類嘅受容體有調制性作用，例如所謂嘅「閂咗」（OFF）嘅孖極神經細胞同多數神經細胞一樣，俾穀氨酸射到會受刺激，但佢側面嗰啲「開咗」（ON）孖極神經細胞因為用第種受容體，俾穀氨酸射到反而會受壓抑；γ-氨基丁酸都會對好幾種受容體有作用，不過佢啲作用（至少喺成年動物當中）冚唪唥都係壓抑性嘅。因為 γ-氨基丁酸咁常見，神經科學家為咗貪方便，有陣時會索性就噉嗌曉釋放 γ-氨基丁酸嘅神經細胞做「壓抑性細胞」。
神經編碼（neural coding）係神經科學一個子領域，研究神經細胞射嘅訊號（signal）點攜帶資訊：定義上，一個訊號係一個物理量，呢個物理量嘅數值s{\displaystyle {\text{s}}}同收訊者想知嘅物理量x{\displaystyle x}成某啲特定關係，s=f(x){\displaystyle {\text{s}}=f(x)}，所以假如收訊者經已知道f{\displaystyle f}呢個函數，佢就可以靠讀取收到嘅訊號嚟得知x{\displaystyle x}嘅數值；舉個假想嘅例子說明，一個人工視網膜喺每一個時間點t{\displaystyle t}會受到一定強度嘅光（I{\displaystyle I}；想知嘅物理量），而塊膜上嘅人工感光細胞嘅物理化學特性令佢哋喺受光刺激嗰陣會產生一個動作電位，個電位嘅電壓值Vt{\displaystyle V_{t}}同光嘅強度成一個固定嘅關係，Vt=βI{\displaystyle V_{t}=\beta I}，而β{\displaystyle \beta }係一個已知嘅固定數值（訊號特性同物理量定固定關係），個電位跟住會傳上一個人工腦，個腦就可以靠讀取Vt{\displaystyle V_{t}}嘅數值，得知I{\displaystyle I}係乜嘢數值（用個已知函數解讀想知嘅物理量嘅數值）。神經編碼想解答嘅問題如下：由動物嘅外顯行為睇得出，神經細胞能夠傳達資訊；噉到底神經訊號嘅邊啲物理量－頻率、電壓值同時間差等－係傳達緊邊啲資訊？
神經編碼研究其中一個研究重點係嘗試搵出s=f(x){\displaystyle {\text{s}}=f(x)}當中嘅f{\displaystyle f}，靠噉嚟「解讀」一個腦諗緊乜：舉個假想嘅例子說明，如果而家知道咗人類每逢睇到紅色物件（x{\displaystyle x}係物件嘅色水）嗰陣，佢哋嘅視覺皮層（大腦皮層主管視覺資訊嗰忽）啲神經細胞會射頻率係 50赫茲嘅電訊號（s{\displaystyle {\text{s}}}），而且淨係喺個人見到紅色物件嗰陣先會有啲噉嘅訊號（知道咗f{\displaystyle f}）；噉下次見到有個人，佢塊視覺皮層出現頻率係 50 赫茲嘅電訊號嗰陣時，就能夠唔使睇第啲嘢都知「呢個人睇到紅色嘅物件」－理論上，科學家將會能夠齋靠睇神經訊號嘅物理特性，就知一隻動物諗緊乜同感受緊乜。
事實係，神經編碼研究經已有俾人應用落去腦機介面（brain-computer interface）等嘅技術嗰度。例如科學家可以運用神經科學上嘅量度方法，監察住一個人嘅腦活動變數s1{\displaystyle s_{1}}，而由打前嘅研究已知s1{\displaystyle s_{1}}反映嗰個人望緊視野嘅邊一忽（s1=f(x){\displaystyle s_{1}=f(x)}，當中x{\displaystyle x}係對眼望緊嘅位置，f{\displaystyle f}係已知，所以可以由s1{\displaystyle s_{1}}讀取x{\displaystyle x}），再將呢啲量度架生駁落去一部電腦嗰度，教部電腦按s1{\displaystyle s_{1}}嘅數值決定行乜嘢程式－嗰個人就可以靠控制自己望邊，嚟控制一部電腦嘅運作。
一粒神經細胞喺靜止嗰陣都會有個膜電勢（membrane potential）：一粒神經細胞內外有好多唔同種嘅離子，包括鈉離子（Na）、鉀離子（K）、氯離子（Cl）同鈣離子（Ca）呀噉－離子係一種帶正或者負電荷嘅粒子，所以呢啲離子嘅存在同濃度會影響一個空間入面嘅電壓；各種唔同嘅刺激－包括咗壓力、拉伸、神經傳遞素同浸細胞膜內外嘅電壓改變等等－都會令到神經細胞上嗰啲離子通道打開，然後離子會流過神經細胞浸細胞膜，改變粒神經細胞內外嘅電壓。即係話是但搵粒神經細胞上嘅一點，嗰點嘅電勢V0{\displaystyle V_{0}}會取決於一啲固定嘅物理量，V0=f(inputs){\displaystyle V_{0}=f({\text{inputs}})}，令神經細胞適合用嚟傳資訊。
神經細胞浸細胞膜可以大致上噉想像成上圖嘅電路：細胞外嘅空間係extracellular，而細胞內嘅空間係intracellular，電容C{\displaystyle C}會令電荷積聚，每款離子都有佢專屬嘅離子通道g{\displaystyle g}，每個g{\displaystyle g}都可以當係一個可變電阻，一旦g{\displaystyle g}打開，嗰款離子會流過嗰條通道，而離子量（離子帶有電荷）嘅改變會造成兩個空間嘅電荷比例唔同咗。
動作電位（action potential），又有叫神經脈衝（nerve impulse）或者「突升」（spike），係指一粒神經細胞上某一個位置嘅膜電勢突然猛升猛跌：當粒神經細胞表面一個位置所受嘅電或者化學刺激超過一個臨界點，嗰個位置嘅離子通道開合會造成嗰度嘅電壓突然猛升或者猛跌；當軸突嘅一個位置產生動作電位，會刺激到佢旁邊嘅地方（去極化），進而又再產生動作電位；就噉樣一忽傳一忽，個動作電位就會好似波浪噉沿住條軸突傳落去。神經細胞就係噉將原本喺細胞體嘅資訊經軸突傳到離開好遠嘅突觸。令個訊號沿住粒細胞傳落去。
動作電位係一種「一係有一係冇」（all-or-none）嘅訊號。噉講意思即係話，如果有一粒神經細胞要產生動作電位，佢就一定要完成成個動作電位，唔會話中途停咗得半個，又或者一個得一半大細嘅動作電位－喺呢啲情況下，一個強啲嘅刺激唔會造成一個強啲嘅訊號，而係會令到粒神經細胞射訊號嘅頻率提升（可以睇埋數碼訊號）。
一般認為，動作電位嘅時間性特質，例如係頻率同到達時間，係個腦所處理緊嘅資訊嘅所在：
神經細胞喺形狀同大細等各方面嗰度都有唔細嘅內部差異，神經科學家可以根據呢啲特徵嚟將佢哋分類。
神經細胞可以輸入同輸出係乜分做三大類：
粒粒神經細胞都有佢自己嘅電性質，好似係「浸細胞膜內外嘅電壓變化嘅規律」等嘅變數可以隨細胞而有異。所以神經細胞又有得按佢哋嘅電生理特徵嚟分類：
結構上，大多數嘅神經細胞都屬於：
生物學家卡米路·高基（Camillo Golgi；高基方法嘅發明者）提倡按軸突嘅長度，將神經細胞分做兩大類：
因為神經細胞病變而引起嘅病包括咗：
就算到咗廿一世紀初，神經細胞相關疾病依然係一啲難醫嘅病：喺多數情況之下，神經細胞嘅生成係源自喺細路個腦嘅發育－喺呢啲過程當中，某啲特殊嘅幹細胞（stem cell）會變成神經細胞；大人嘅腦好少可會再做細胞分裂，除咗係喺腦嘅某幾個特定部份之外，大人嘅腦唔多會產生新神經細胞，所以大人腦嘅神經細胞一旦萎縮就好難補救。腦退化同柏金遜症等嘅病到咗 2020 年都仲係不治之症。
一般嚟講，如果想要修復神經細胞疾病造成嘅破壞，可以由兩大思路去諗：
有唔少神經科學家都致力研究唔同動物物種嘅神經細胞之間有乜差異，以及呢啲差異又點樣引致唔同物種喺認知能力等方面嘅差異：絕大多數嘅現存動物物種都有神經細胞，淨係得好似海綿等構造極之簡單嘅動物會冇神經細胞；喺有神經系統嘅動物之間，唔同動物嘅神經系統喺規模同結構上可以好唔同，而神經系統嘅規模以及結構同嗰種動物嘅行為以及智能有關，例如喺哺乳類動物當中，腦嘅大細就同智能有正相關。
人工神經細胞（artificial neuron）係廿世紀開始出現嘅一種技術，大致上就係人造嘅人工細胞：一粒人工神經細胞係一個人造嘅物體，會好似動物神經細胞噉接收訊號、並且按收到嘅訊號改變自己內在嘅狀態，跟住再按照自己嘅內在狀態，決定係咪要射新訊號以及要射點樣嘅新訊號，原理上同動物嘅神經細胞極之相似（但唔完全一樣）。實用嘅研究證實咗，當一柞人工神經細胞結合埋一齊，組成一個網絡嗰陣，個網絡嘅輸出值同輸入值會成某啲特定嘅關係，而呢點表示人工神經網絡可以攞嚟做一啲有用嘅運算。
最抽象噉講，一粒簡單嘅人工神經細胞嘅數學模型如下：
好似上述嗰個噉嘅模型係抽象模型：理論上，只要有件物體會做出個模型所描述嘅行為－無論件物體係用血肉造定用矽等嘅物料造嘅都好－呢件物體都符合「神經細胞」嘅定義；於是喺廿一世紀初，有科學家開始嘗試用人工物體模擬神經細胞嘅行為，整一啲曉好似生物神經細胞噉收同射電訊號嘅人造細胞，而且呢啲人工細胞嘅輸入同輸出之間嘅函數同生物神經細胞嘅一樣，打後少少仲有研究將呢啲噉樣嘅人工神經細胞駁落去生物神經細胞嗰度，並且成功令到啲人工細胞同啲生物神經細胞一齊組成一個行得到嘅簡單網絡（睇埋人工神經網絡）。
不過，人工神經細胞有別於生物神經細胞模型（biological neuron model）：生物神經細胞模型指嘅係一啲描述神經細胞嘅數學模型，力求嘅係準確噉描述神經細胞嘅行為，例子有正話提到，將神經細胞表面想像成電路嘅模型－呢啲模型係純科學嘅產物，以準確描述現實為目標；相比之下，人工神經細胞係受生物神經細胞啟發嘅一種模型，並唔追求準確噉描述生物神經細胞嘅行為，例如生物神經細胞好少可會好似人工神經細胞噉，清楚噉分做一層層而且每層都淨係受打前嗰層嘅細胞影響－人工神經細胞係工程學嘅產物，整咗個數學模型出嚟，唔要求個模型同現實世界嘅某啲事物一樣，而如果一個唔真實嘅模型比較能夠有效率噉做到設計者想佢做嘅工作，設計者會選用唔真實嗰個模型。