stanford-oval/wikipedia huggingface dataset:
Điện thế hoạt động
Hệ điện ly và cơ chế lý sinh của điện thế hoạt động > Giải phẫu học nơron thần kinh

Nhiều tế bào khác nhau ngoài tế bào thần kinh cũng có thể thực hiện quá trình điện thế hoạt động, chẳng hạn như tế bào thực vật, tế bào cơ, và những tế bào chuyên biệt cấu tạo nên trái tim (tại đó diễn ra điện thế hoạt động cơ tim). Tuy nhiên, tế bào dễ bị kích thích chính và chủ yếu đó chính là nơron, được xem là tế bào có cơ chế tạo ra điện thế hoạt động đơn giản nhất.
Hầu hết các nơron thần kinh đều có sự phân nhánh tỏa ra từ thân tế bào (neurites),:11 được chia làm hai loại đó là sợi nhánh (dendrites) và sợi trục (axon). Đa số các nơron chỉ có một sợi trục, nhưng có rất nhiều sợi nhánh;:14 tại vị trí bắt đầu của sợi trục có một mỏm lồi hình nón được gọi là tiểu đồi sợi trục (axon hillock).:19, 25:22 Tiểu đồi sợi trục là vùng khởi động (trigger zone) trong đó điện thế hoạt động luôn luôn xuất phát từ vùng này, và lan truyền dọc theo sợi trục; rất hiếm trường hợp điện thế hoạt động xảy ra tại sợi nhánh.:11 Một sợi trục điển hình chia tiếp thành nhiều nhánh nhỏ giống như cây phân nhánh; và kết thúc tận cùng tại những cúc tận cùng (synaptic knobs). Những cúc tận cùng này chính là nơi mà kết cấu synap hình thành với cấu trúc sợi nhánh từ các tế bào thần kinh kế cận khác (hay những tế bào có thể kích thích khác); thông qua đó cho phép quá trình truyền tin giữa các tế bào diễn ra dưới dạng các xung động thần kinh.:29–49
Đối với một số loài động vật (và hầu hết các loài động vật có xương sống), trên sợi trục có những phân đoạn được bao bọc bởi loại vỏ gồm nhiều lớp lipid và protein gọi là bao myelin,:58–61 do các tế bào thần kinh đệm sinh ra, có chức năng làm tăng tốc độ dẫn truyền xung điện thần kinh dọc theo sợi trục.:157–164 Đối với hệ thần kinh ngoại biên, các tế bào Schwann đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các bao myelin bằng cách quấn xoắn ốc nhiều lần quanh sợi trục, tạo lớp lipid dày ngăn chặn sự xâm nhập và thoát của các ion trong phạm vi sợi trục. Trong đó, nhiều lớp màng tế bào (khoảng 100 lớp) bọc quanh sợi trục hình thành nên bao myelin, và phần tế bào chất và nhân tế bào Schwann bị đẩy ra ở lớp ngoài cùng. Dòng chảy ion đi vào và đi ra sợi trục chỉ có thể diễn ra được tại khoảng trống giữa vỏ myelin được gọi là eo Ranvier.:58–61 Chính vì thế, điện thế hoạt động sẽ "nhảy vọt" từ eo Ranvier này đến eo Ranvier kế cận; đối với những sợi trục mà không có sự myelin hóa, điện thế hoạt động lan truyền theo sợi trục một cách liên tục mà không có sự gián đoạn nào.:25–31
Các giai đoạn biến đổi của điện thế hoạt động > Các kích thích ngoại vi và giai đoạn tăng khử cực

Điện thế hoạt động cơ bản bắt đầu diễn ra tại cấu trúc tiểu đồi sợi trục (axon hillock) khi kích thích làm tăng Vm đã đủ mạnh để gây ra khử cực.:49 Trên mẫu mô sinh thiết, là những axon khổng lồ của các loài mực ống Châu Âu, nhà nghiên cứu sinh lý học thần kinh thường kích thích hiện tượng khử cực bằng cách tiêm dung dịch có chứa cation natri vào bên trong tế bào thần kinh; trong cơ thể sinh vật cũng có nhiều nguồn cation natri phong phú trong dịch ngoại bào ở tại những synap hóa học, nơron cảm giác, hay tại tế bào tạo nhịp cơ tim hình thành nên một dạng điện thế hoạt động trong đó ion Ca2+ đóng vai trò chủ đạo được gọi là điện thế tạo nhịp (pacemaker potentials).
Quá trình khử cực sẽ mở các kênh natri và kali tại màng tế bào, và cho phép dòng ion chảy vào và ra khỏi sợi trục. Nếu như khử cực có diễn ra nhưng nhỏ (làm tăng Vm từ −70 mV đến −60 mV), lúc này dòng ion kali đi ra ngoài màng sẽ lấn át dòng ion natri đi vào trong, như vậy màng sẽ tái phân cực lại đưa về giá trị điện thế nghỉ −70 mV.:150–151:484:89–90 Ở bức hình 2 minh họa, ta có thể thấy được rằng các kích thích dưới ngưỡng (failed initiations) không đủ để khởi động nên chu kỳ điện thế hoạt động. Tuy nhiên là, trong trường hợp sự khử cực đã đủ lớn và chạm đến ngưỡng, dòng ion natri đi vào bên trong vượt trội hơn so với dòng ion kali đi ra bên ngoài, cơ chế điều hòa ngược dương tính xảy ra cực nhanh ngoài phạm vi kiểm soát được: đó là càng có nhiều dòng Na+ đi vào bên trong tế bào, giá trị điện thế màng Vm càng tăng cao, điều này khiến cho cường độ dòng Na+ càng được tăng cường.:57:141, 150–151:483:89:127 Sự tăng mạnh và đột ngột về biên độ Vm và tính thấm natri tương ứng với giai đoạn tăng khử cực của chu kỳ điện thế hoạt động.:46
Ngưỡng điện thế cần thiết để gây nên trạng thái chuyển động "out of control" trên hệ sinh vật vi mô là khoảng −45 mV, nhưng việc này phụ thuộc vào hoạt động thần kinh của sợi trục trong thời gian gần. Một khi màng đã vừa mới phóng một xung động thần kinh, nó sẽ không thể phóng thêm một xung động khác ngay lập tức, lý giải cho điều này, đó là vì những kênh ion chưa thể trở về trạng thái bình thường. Khoảng thời gian trong đó không có bất kỳ một điện thế hoạt động mới nào được tạo ra, được gọi là giai đoạn trơ tuyệt đối (absolute refractory period).:105 Khi thời gian "nghỉ" đã được kéo dài, nhưng tất cả các kênh ion vẫn còn chưa hồi phục hết, màng sợi trục có thể tiếp nhận kích thích và theo đó sản sinh một điện thế hoạt động khác, nhưng đó là đối với kích thích khử cực mạnh hơn nhiều (ví dụ đến ngưỡng là −30 mV, chứ không còn là −45 mV). Thời gian mà những nơron khó có thể bắn ra điện thế hoạt động được gọi là giai đoạn trơ tương đối (relative refractory period).:105
Các giai đoạn biến đổi của điện thế hoạt động > Đỉnh điểm của điện thế hoạt động và giai đoạn tăng tái phân cực

Vòng điều hòa ngược dương tính của giai đoạn khử cực sẽ sớm bị phân rã, tạm ngừng lại khi những kênh ion natri đã mở ra tối đa. Khi biên độ của điện thế hoạt động đạt đến giá trị cao nhất, cùng lúc tính thấm natri đã tối đa hóa và giá trị điện thế màng Vm gần bằng với giá trị điện thế cân bằng natri ENa. Tuy nhiên là, mức điện thế năng lượng tăng cao cũng khiến cho các kênh natri dần dần đóng lại một cách chậm rãi, thông qua việc chặn lại các lỗ; kênh natri trở nên bất hoạt.:60:69:147–148:128 Điều này sẽ làm cho tính thấm màng đối với natri giảm xuống, "đạp" giá trị điện thế màng xuống. Cùng lúc đó (khi giá trị điện thế vẫn còn ở mức cao), các kênh kali nhạy cảm với điện thế mở cửa; tính thấm của màng đối với ion kali tăng lên, khi này giá trị điện thế màng Vm sẽ tiến về giá trị cân bằng EK. Những biến đổi phối hợp này về tính thấm natri và kali gây ra sự suy giảm nhanh chóng của điện thế màng Vm, tái phân cực màng và biểu hiện ra "giai đoạn đổ nát" của điện thế hoạt động.:47:147–149, 152:483–484:126–127
Các giai đoạn biến đổi của điện thế hoạt động > Giai đoạn siêu phân cực

Điện thế tăng cao làm mở rất nhiều kênh kali hơn bình thường (mức điện thế nghỉ), và những kênh này vẫn không đóng lại ngay cả khi trạng thái tĩnh của điện thế màng đã được thiết lập. Tính thấm ion kali tăng cao thất thường và không ổn định, khiến cho giá trị điện thế màng Vm tiến tới rất sát với giá trị điện thế cân bằng kali EK. Vì thế đây là giai đoạn cực hóa (âm), hay siêu phân cực theo ngôn ngữ chuyên môn, duy trì cho đến khi tính thấm màng đối với ion kali trở về giá trị bình thường.:47:152
Các giai đoạn biến đổi của điện thế hoạt động > Giai đoạn trơ

Trong chu kỳ điện thế hoạt động, sự mở và đóng của các kênh natri và kali có thể làm chúng rơi vào trạng thái "trơ", có nghĩa rằng là chúng sẽ không thể mở ra được nữa cho đến khi hồi phục.:55:151:4–5:19–20 Trong giai đoạn trơ tuyệt đối, có rất nhiều kênh ion bị trơ khi đó không có điện thế hoạt động mới nào được phóng ra. Tiến trình khôi phục các chức năng của vô số kênh gắn trên màng (khử bất hoạt) diễn ra đáng kể khi màng sợi trục vẫn còn giữ trạng thái cực hóa trong khoảng thời gian nhất định. Trong giai đoạn trơ tương đối, các kênh hồi phục với mức độ đủ để có thể hình thành điện thế hoạt động, nhưng với điều kiện kích thích đó mạnh hơn so với các kích thích trước. Hiện tượng trơ của các tế bào thần kinh đảm bảo rằng là điện thế hoạt động chỉ lan truyền một hướng dọc theo sợi trục.:57
Sự kiện khởi đầu, lan truyền và hoàn thành chu kỳ điện thế hoạt động

Vùng tiểu đồi sợi trục đóng vai trò quan trọng trong sự phát sinh các điện thế hoạt động khi có sự khử cực màng và điện thế đã tăng lên đủ đạt ngưỡng. Khi điện thế màng tăng lên, cả hai kênh ion natri và kali đều bắt đầu mở ra, làm tăng lưu lượng dòng chảy natri và cân bằng dòng chảy kali. Đối với bất kỳ sự tăng biên độ điện thế nhỏ nào, dòng chảy kali sẽ thắng dòng chảy natri và giá trị điện thế trở về mức nghỉ là −70 mV.:150–151:89–90:484 Tuy nhiên, nếu như điện thế tăng quá ngưỡng tới hạn (critical threshold), điển hình là cao hơn giá trị nghỉ 15 mV, dòng chảy natri lúc này chiếm ưu thế và chu kỳ điều hòa ngược dương tính (runaway condition) diễn ra; lúc này tế bào thần kinh phóng ra xung động thần kinh.:57:141, 150–151:483:89:127 Khi quá trình điện thế hoạt động này đã diễn ra truyền dọc theo sợi trục liên tục không gián đoạn;:484 khi một phạm vi màng (patch) đã bị khử cực với sự xuất hiện của điện thế hoạt động, những vùng kế cận cũng bị khử cực và đánh bật ra những điện thế hoạt động mới ở đó. Thực tế, điện thế hoạt động được tân tạo trong mỗi phân vùng màng; và năng lượng xung điện tỏa ra bắt nguồn từ sự sai biệt cục bộ về nồng độ ion xuyên màng, chứ không phải là quá trình khử cực gây ra. Sợi trục chính có thể phân nhánh bên (axon collateral), không thể nhầm lẫn với cấu trúc telodendron, tức là các tận cùng sợi trục. Các nhánh bên chính có thể phân tiếp cho ra các nhánh bên phụ, rất hiếm các trường hợp điện thế hoạt động lan truyền dừng lại tại các điểm phân nhánh (branch point), thay vào đó gắn liền với sự suy giảm về biên độ do màng sợi trục rơi vào giai đoạn trơ. Đối với những xung động thần kinh phức tạp ("spikelet", tức các xung con), sự lan truyền của điện thế động có thể dừng lại tại các điểm như thế.:209 Điện thế hoạt động đi đến vị trí kết thúc sợi trục sẽ kích hoạt sự giải phóng của các hóa chất dẫn truyền thần kinh vào synap, kết hợp với các điện thế hoạt động khác từ những nơron khác nhằm thúc đẩy một điện thế hoạt động mới ngay tại màng sau synap của tế bào thần kinh hay tế bào cơ.:39, 535
Sự kiện khởi đầu, lan truyền và hoàn thành chu kỳ điện thế hoạt động > Sự kiện khởi đầu

Trước khi đề cập đến quá trình lan nhanh và mạnh của điện thế hoạt động và kết thúc tại những cúc tận cùng, việc hiểu rõ các cách thức khởi tạo nên điện thế hoạt động tại tiểu đồi sợi trục là quan trọng, bởi vì chính những quá trình điện động cơ sở này là nền tảng cho các quá trình sinh hóa khác.:67, 135, 183, 519, 527, 561, 951,  Điều kiện thiết yếu đó là giá trị điện thế màng tại tiểu đồi sợi trục trên ngưỡng để có thể gây ra làn sóng hưng phấn; hiện tượng khử cực này có thể diễn ra được theo nhiều cơ chế khác nhau.:24
Sự kiện khởi đầu, lan truyền và hoàn thành chu kỳ điện thế hoạt động > Sự kiện khởi đầu > Quá trình truyền động các hóa chất thần kinh

Điện thế hoạt động khởi động được hầu hết là nhờ điện thế kích thích sau synap (excitatory postsynaptic potentials, EPSP) được phóng bởi các nơron trước synap.:1157–:177–240:490–499:47–68 Trong đó EPSP có được phụ thuộc vào sự phóng thích của những phân tử truyền đạt thần kinh bởi nơron trước synap, các phân tử này sẽ gắn vào các thụ thể tại màng sau synap. Sự gắn kết của các phân tử sẽ làm mở nhiều loại kênh ion khác nhau, kéo theo sự thay đổi tính thấm màng tế bào diễn ra cục bộ tại màng sau synap, gây ra biến đổi điện thế màng như đã nói ở trên. Nếu như quá trình liên kết tại các khớp thần kinh làm tăng điện thế (khử cực màng), đây là synap kích thích; và ngược lại nếu làm giảm điện thế (siêu phân cực màng), đây là synap ức chế.:107:361 Dẫu cho giá trị điện thế tăng hay giảm, những thay đổi về điện này sẽ lan truyền những vùng lân cận một cách thụ động, điều này đã được làm rõ và mô tả chính xác trong phương trình điện thần kinh (cable equation),:66 trong đó những dây thần kinh được ví như những dây cáp dẫn điện qua lại giữa vô số vùng khác nhau của cơ thể, và đặc tính của tế bào thần kinh, sợi trục, sợi nhánh, thân thần kinh sẽ tác động đến khả năng lan truyền và vận tốc của điện thế hoạt động. Cụ thể hơn, kích thích điện hay điện thế khởi sinh (do sự gắn vào của các phân tử dẫn truyền thần kinh) sẽ bị phân rã theo cấp số mũ theo không gian (khoảng cách synap) và thời gian.:68–71:11 Tập hợp một phần xung điện hưng phấn EPSP có thể lan đến tiểu đồi sợi trục và (trong trường hợp hiếm) khử cực màng đủ để khởi tạo điện thế hoạt động. Điện thế khởi sinh (graded potential) là nền tảng cho sự khai sinh của điện thế hoạt động, và chống lại nguyên tắc tất cả hoặc không, cường độ của nó phụ thuộc vào độ mạnh của kích thích.:31 Điện thế khởi sinh càng vượt ngưỡng bao nhiêu, tần số của  điện thế hoạt động càng mạnh bấy nhiêu.:32 Sự tham gia của nhiều xung kích thích đến từ các synap cần phải phối hợp đồng thời trong cùng một thời gian (cộng hưởng kích thích) để có thể phóng ra "gai" mới.:228 Tuy nhưng, những ảnh hưởng chung này có thể bị cản trở bởi tác động phản kháng của những điện thế ức chế sau synap (inhibitory postsynaptic potentials).:222
Quá trình dẫn truyền tín hiệu thần kinh cũng có thể xảy ra đối với các synap điện với tốc độ nhanh hơn nhiều so với các synap hóa học, và hai chiều do sự kết nối trực tiếp giữa các tế bào kích thích.:33 Tuy rằng, có các kênh chỉnh lưu có chức năng đảm bảo rằng điện thế hoạt động chỉ truyền đi theo một chiều qua các synap như vậy.:180
Sự kiện khởi đầu, lan truyền và hoàn thành chu kỳ điện thế hoạt động > Sự kiện khởi đầu > Điện thế hoạt động tại các nơron cảm giác

Bài chi tiết: Nơron cảm giác
Ở những nơron cảm giác, các kích thích ngoại vi chẳng hạn như là áp suất, nhiệt độ, ánh sáng, hay âm thanh đều gắn liền với sự đóng và mở các cổng kênh ion, và như vậy làm thay đổi tính thấm màng đối với những ion đặc thù và cả giá trị điện thế.:49–56, 76–93, 247–255:535–580:69–79 Những chuyển đổi phát sinh dòng điện này có thể là kích thích (khử cực) hoặc ức chế (siêu phân cực) và, trong một số nơron cảm giác, tích hợp các kích thích và ức chế có thể cho ra quá trình khử cực tại tiểu đồi sợi trục và khởi động chu kỳ điện thế hoạt động. Lấy tế bào thần kinh khứu giác (ORN) và tiểu thể Meissner (Meissner's corpuscles) ở người làm ví dụ, chúng đặc biệt quan trọng đối với sự nhận cảm về mùi và cảm giác thân thể. Tuy rằng, không phải tất cả các nơron cảm giác đều chuyển đổi tín hiệu ngoài thành các điện thế hoạt động; bởi do một số loại nơron thậm chí không có cả sợi trục!:53, 122–124 Thay vào đó, chúng có thể tiếp nhận các tín hiệu kích thích và trực tiếp gây nên sự phóng thích của các hóa chất dẫn truyền,:245 hay hình thành ra điện thế khởi sinh (hay còn gọi là điện thế tầng, graded potentials),:237 và một trong hai đều có thể kích thích các tế bào thần kinh khác phóng ra điện thế hoạt động. Cụ thể hơn, trong tai người, có các tế bào có lông tác động đến sự mở và đóng của các kênh nhạy cảm với sự biến đổi về cơ học (mechanosensitive channels) dưới sự hiện diện của các sóng âm thanh thu được. Tiếp theo đó, là sự giải phóng các phân tử truyền đạt thần kinh.:245 Tương tự, đối với hệ võng mạc người, tế bào nhận cảm ánh sáng (tức tế bào nón và tế bào que, photoreceptor cell) là lớp ngoài cùng của võng mạc, cùng với hai lớp trong (các tế bào lưỡng cực và tế bào thần kinh trung gian amacrine) không sản sinh ra các điện thế hoạt động;:292–295 chỉ có lớp thứ ba, đó là các tế bào hạch tạo ra (ganglion cells) điện thế hoạt động và xung điện lan theo sợi thần kinh thị giác.
Sự kiện khởi đầu, lan truyền và hoàn thành chu kỳ điện thế hoạt động > Sự kiện khởi đầu > Điện thế tạo nhịp

Điện thế hoạt động diễn ra là kết quả của các kích thích ngoại vi, thông qua sự truyền đạt các phân tử thần kinh và các nơron cảm giác. Tuy nhiên, một số tế bào có thể kích thích nhưng không cần kích thích để phóng điện: chúng khử cực vùng tiểu đồi sợi trục một cách tự phát và bắn điện thế hoạt động với một tốc độ đều đặn, giống như đồng hồ sinh học.:115–132 Dạng điện thế của những tế bào như thế được gọi là điện thế tạo nhịp.:152–153 Các tế bào tạo nhịp cơ tim thuộc khu vực nút xoang nhĩ (sinoatrial node) ở tim là ví dụ điển hình. Mặc dù rằng những điện thế tạo nhịp được tạo ra một cách tự nhiên, nhưng nó có thể bị điều chỉnh bởi các kích thích ngoài; chẳng hạn như, nhịp tim có thể bị thay đổi do các tác động dược lý và những tín hiệu đến từ sợi dây thần kinh giao cảm và phó giao cảm.:444–445 Các kích thích ngoài không ảnh hưởng đến sự đồng bộ của các xung, nhưng đơn thuần là thay đổi thời gian.:152–153 Trong một số trường hợp, sự điều hòa về tần số xung có thể rất phức tạp, dẫn đến các loại điện thế hoạt động khác nhau, chẳng hạn như sự đốt cháy của tế bào thần kinh và hiện tượng bùng nổ điện thế hoạt động (burst firing).
Sự kiện khởi đầu, lan truyền và hoàn thành chu kỳ điện thế hoạt động > Lan truyền

Điện thế hoạt động sẽ truyền dọc theo sợi trục tương tự như sự di chuyển của sóng. Dòng ion đi vào bên trong màng tại một điểm trên sợi trục trong điện thế hoạt động có khuynh hướng lan ra và khử cực những phân màng kế cận. Nếu như khử cực mức độ đủ mạnh sẽ gây ra quá trình điện thế hoạt động ở những khu vực "láng giềng" đó. Cơ chế nền tảng này đã được Alan Lloyd Hodgkin chứng minh vào năm 1937. Bằng thực nghiệm cố gắng phá vỡ chu kỳ điện thế hoạt động sau khi dùng khối ebonite có bọc lớp cao su mỏng để tạo áp lực hay làm lạnh tế bào thần kinh, ông đã chứng minh rằng điện thế hoạt động đến vùng cản điện (phạm vi nhỏ) sẽ dừng lại, nhưng các vùng sau đó nữa có sự tăng tính hưng phấn đi kèm với sự giảm ngưỡng kích thích đến 90%, như thế có thể phóng tiếp điện thế hoạt động mới ở đó.
Một khi điện thế hoạt động đã diễn ra tại điểm màng trong đó rất ít sự hiện diện của các kênh ion, thì màng cần có khoảng thời gian hồi phục nhất định trước khi một điện thế hoạt động mới được tạo ra. Trong mức độ phân tử, giai đoạn trơ tuyệt đối này tương đương với khoảng thời gian cần thiết cho sự trở lại trạng thái cũ của những kênh ion xuyên màng. Dẫu cho điều này sẽ giới hạn lại tần số phóng (frequency of firing), chính giai đoạn trơ tuyệt đối bảo đảm cho điện thế hoạt động chỉ di chuyển một chiều theo sợi trục.:53 Trong trường hợp kích thích tại đoạn giữa sợi trục, dòng ion dương đi vào bên trong màng có thể "tịnh tiến" theo hai hướng. Tuy nhiên, chỉ phần màng không bị kích thích mới có thể đáp ứng bằng cách phóng điện thế hoạt động; và cũng không thể tái kích thích đối với phần màng vừa mới tạo xung điện cho đến khi "giới hạn trơ" không còn. Điện thế hoạt động lan truyền từ tiểu đồi sợi trục cho đến tận các cúc tận cùng, đây được gọi là lối dẫn truyền thuận chiều (orthodromic conduction). Sự dẫn truyền theo hướng ngược lại—được gọi là dẫn truyền ngược chiều—là rất hiếm. Mặc dù rằng là, nếu như thí nghiệm làm kích thích tại phần giữa sợi trục, và toàn bộ sợi trục còn "tươi", tức là chưa bị kích thích; thì kết quả là sẽ có hai điện thế hoạt động được tạo ra, lần lượt di chuyển đến tiểu đồi sợi trục và các cúc tận cùng.
Điện thế hoạt động hoàn thành > Synap hóa học

Điện thế hoạt động khi lan truyền đến các cúc tận cùng sẽ gây ra sự giải phóng các chất dẫn truyền thần kinh vào khe synap. Những phân tử dẫn truyền thần kinh với kích thước nhỏ làm mở ra các kênh ion tại màng tế bào sau synap; hầu hết các cúc tận cùng của một nơron chỉ phóng thích cùng một loại hóa chất dẫn truyền đặc thù. Khi điện thế hoạt động đến màng tế bào trước synap, tại đó có các kênh calci nhạy cảm với điện thế (voltage-sensitive calcium channels) sẽ được kích hoạt; dòng chảy của ion calci đi vào bên trong tế bào khiến cho những bọc synap chứa chất dẫn truyền thần kinh di chuyển hướng về màng tế bào, kết quả là cơ chế xuất bào diễn ra với sự hòa nhập của bọc synap với màng sinh chất, đưa một loạt các lượng tử vào khe synap. Quá trình phức tạp này chịu tác động ức chế của các độc tố thần kinh (neurotoxins) tetanospasmin (độc chất uốn ván) và botulinum.
Điện thế hoạt động hoàn thành > Synap điện

Bài chi tiết: Synap điện, Liên kết khe, và Connexin
Một số synap không cần đến "phân tử môi giới" truyền đạt tín hiệu thần kinh, thay vào đó tế bào trước và sau synap kết nối với nhau qua những cầu nối bào tương. Khi điện thế hoạt động đi đến được synap, dòng ion đi vào trong tế bào trước synap có thể vượt màng ngăn của hai tế bào và di chuyển vào tế bào sau synap thông qua các lỗ thông tạo bởi 6 phân tử connexin. Chính vì thế, điện thế hoạt động có thể trực tiếp kích thích tế bào sau synap. Synap điện cho phép truyền tin nhanh hơn bởi vì nó không cần sự khuếch tán chậm của các hóa chất thần kinh vào trong khe synap. Nhờ những đặc tính của synap điện, cụ thể trong trường hợp đáp ứng nhanh và khi sự phối hợp về thời gian là quan trọng, chẳng hạn như là phản xạ thoát, cơ quan võng mạc của loài động vật có đốt sống, và tim.
Điện thế hoạt động hoàn thành > Synap điện > Khớp nối thần kinh cơ

Bài chi tiết: Khớp nối thần kinh cơ, Thụ thể acetylcholine, và Cholinesterase
Khớp nối thần kinh cơ là dạng đặc biệt của synap hóa học, trong đó sợi trục của các nơron vận động cho ra các nhánh tận cùng tại sợi cơ. Trong trường hợp như vậy, chất dẫn truyền thần kinh ở đây chính là phân tử acetylcholine, một khi được giải phóng sẽ gắn vào thụ thể acetylcholine là các protein xuyên màng sinh chất (sarcolemma) của tế bào cơ.  Tuy nhiên, các phân tử acetylcholine sẽ không liên kết lâu, chúng sẽ sớm bị tách ra và nhanh chóng bị thủy phân bởi tập hợp những enzyme acetylcholinesterase có tại synap. Enzyme này làm giảm kích thích quá mức đến sợi cơ, khiến cho mức độ và thời gian co cơ được điều hòa một cách chính xác. Có một số loại chất độc gây bất hoạt enzyme acetylcholinesterase nhằm mục đích chặn lại cơ chế kiểm soát này, chẳng hạn là các chất độc thần kinh sarin và tabun, và thuốc trừ sâu như diazinon và malathion.
Tính mềm dẻo phụ thuộc thời gian điện thế hoạt động

Tính mềm dẻo phụ thuộc thời gian điện thế hoạt động (spike-timing-dependent plasticity, STDP) là mô hình khả năng tri thức dựa trên tính bất đối xứng thời gian, trong đó khối lượng synap có sự điều chỉnh lại phụ thuộc vào trật tự thời gian của xung động đến (trước synap) và xung động đi (sau synap). Sự thay đổi về khối lượng synap sẽ xác định synap ở trong trạng thái nào, nếu khối lượng synap tăng lên (thay đổi dương tính), synap đó trong trạng thái LTP, nếu khối lượng synap giảm xuống (thay đổi âm tính), synap đó ở trạng thái LTD. Những thay đổi trên synap đã được xây dựng nên một hàm thời gian tương đối của điện thế hoạt động trước và sau synap; được gọi là hàm STDP hay "cửa sổ học tập" và thay đổi tùy theo những loại synap khác nhau. Hàm STDP thay đổi nhanh qua thời gian tương đối của các xung động thể hiện xác suất mã hóa phụ thuộc thời gian trên phạm vi miligiây.