Sinir hücreleri uyarılabilen ve uyarıyı iletebilen hücrelerdir. Sinir hücrelerinin bu özellikleri elektriksel ve iyonik yoğunluk dinamiklerine bağlı olarak gözlenir. Dinlenim durumundayken hücre zarının iç ve dış yüzeyi arasında, hücre içi her zaman negatif olacak şekilde, yaklaşık 70 mVolt’luk (miliVolt=1/1000 volt) bir potansiyel farkı vardır. Buna zar dinlenim potansiyeli denir. Bu durumun nedeni, eksi yüklü moleküllerin hücre içi yoğunluklarının hücre dışına göre daha yüksek olmasıdır. Hücre içi ve dışı arasındaki yük dağılımındaki farklılığın dışında iyonların dağılımı da farklıdır (Şekil 3.6).

İyonların hücre zarının iki tarafı arasında hareketi iyon kanalları aracılığıyla gerçekleşir. Hücrenin uyarılması ile birlikte, hücre zarında açılan kanallar pozitif yüklü parçacıkların (iyon) hücre içine girmesini sağlar. Bu iyon hareketi zar potansiyelinde değişime neden olur; dinlenim zar potansiyeli azalır (potansiyel farkı 0’a yaklaşır). Bu yanıta depolarizasyon denir. Hücre zarındaki potansiyel farkının tekrar dinlenim durumuna geri dönmesine ise repolarizasyon adı verilir. Bazen bu potansiyel farkı dinlenme durumuna göre daha da artabilir (hiperpolarizasyon). Hücre zarındaki potansiyel değişimleri hücreye yerleştirilen bir elektrot yardımıyla kaydedilebilir ve elde edilen kayıtlarda dinlenim zar potansiyeli olan değerden 0’a doğru yükselen çizgiler depolarizasyonu; dinlenim zar potansiyeline
doğru alçalan çizgiler repolarizasyonu gösterir (Şekil 3.7). Bir sinir hücresinde oluşan uyarının diğer hücreye aktarılması için, oluşan elektriksel sinyalin sinir hücresinin aksonu boyunca ilerlemesi gerekir. Halbuki, uyarılma sonucu sinir hücresinin belirli bir bölgesinde oluşan depolarizasyon dalgası hücre zarı boyunca ilerlerken azalarak söner. Bu elektriksel sinyallerin uzun mesafelerde eksilmeden ilerlemesi için aksiyon (hareket) potansiyeli adını verdiğimiz daha büyük iyon hareketinin yol açtığı elektriksel yanıtın oluşması gerekir. Aksiyon
potansiyeli, sinir hücresinin belirli bir eşik seviyenin üzerinde uyarılması durumunda ortaya çıkan ve anlık olarak hücre zarının iç tarafının dışına göre 0’dan büyük (pozitif) bir değer aldığı özel bir depolarizasyon şeklidir. Aksiyon potansiyeli bir kez oluştuğunda akson ucuna kadar eksilmeden ulaşır. Aksiyon potansiyelleri “ya hep ya hiç” yasasına göre varlık gösterirler. Yani aksiyon potansiyelini oluşturmak için
yeterli bir uyaran şiddeti daha da artarsa aksiyon potansiyeli dalgasının büyüklüğü değişmez. Bu elektrik anahtarını açmaya benzer; düğmeye ne kadar hızlı veya sert basarsanız basın, elde ettiğiniz ışığın düzeyi aynıdır. Aksiyon potansiyelini oluşturan aksonun başlangıç noktasında bulunan ve belirli bir derecede depolarizasyon oluştuğunda açılan sodyuma geçirgen iyon kanallarıdır. Aksiyon potansiyelinin
ilerleme hızı, ranvier boğumlarında oluşarak sıçrayıcı karakterde ilerlediği için miyelinli liflerde daha yüksektir. Şekil 3.7’de aksiyon potansiyeli sırasında elektriksel değişiklikler ve altında yatan iyon hareketleri şematik olarak özetlenmiştir.

Her bir nöron hem uyarıcı hem de baskılayıcı sinyaller alabilir. Eğer toplam uyarıcı sinyaller baskılayıcı sinyallerden fazla ise nöronun aksiyon potansiyeli oluşturma olasılığı artar.