Celula nervoasă tipică, numită și neuron, are părți structurale și funcționale distincte. Corpul său principal, numit soma, generează un impuls electric. Semnalul se deplasează printr-o extensie lungă și subțire numită axon. Așa cum un fir electric de uz casnic trebuie acoperit de un manșon exterior de izolație, membrana axonală funcționează ca o manta de protecție pentru transmisia bio-electrică. O membrană sănătoasă și precisă din punct de vedere chimic este necesară pentru un creier și sistem nervos uman pe deplin funcțional.
Un singur fir axon microscopic din corpul uman poate fi scurt, dar poate avea și 4.9 picioare (1.5 metri) sau mai mult. La celălalt capăt terminal al unui axon, semnalul electric se descarcă. Ar putea elibera energia pentru a excita un alt neuron, pentru a contracta un mușchi sau pentru orice număr de alte funcții ale corpului, inclusiv raționamentul inteligent. În cazul transmiterii semnalului către un alt neuron, corpul celulei primitoare are proeminențe mici și scurte numite dendrite. De la axon la dendrite, semnalul traversează un mic spațiu între ele numit sinapsă.
Celulele nervoase au un singur axon, iar semnalul său electric circulă într-o singură direcție. Cu toate acestea, axonul se poate diviza și ramifica în mod repetat în numeroase capete terminale. Acest lucru este deosebit de important în creier, unde un singur impuls electric poate stimula mai mulți alți neuroni. Cascada rezultată de capete terminale de ramificare poate fi de mii. În plus, conexiunile sunt combinate cu sinapsele „en passant” în care dendritele altor nervi se fixează pe tija axonală în sine, nu pe capetele lor terminale.
Structura și proprietățile chimice ale membranei axonului sunt cele care îi permit să conțină o sarcină electrică, să-și forțeze curgerea într-o direcție și să transfere semnalul către alte celule ale corpului. În cea mai mare parte, pentru majoritatea tipurilor de celule nervoase, axonul este izolat într-o teacă protectoare numită mielină. Acest strat al membranei axonale este ciupit la intervale regulate numite „noduri de Ranvier”. Aceste goluri fără mielină amplifică eficient semnalul electric de intrare, forțând transmisia rapidă într-un singur sens. Semnalul nu este o singură undă neîntreruptă; pulsează în interiorul axonului de la nod la nod.
Integritatea și sănătatea membranei axonului sunt cunoscute a fi una dintre cheile bolilor neurologice debilitante, cum ar fi scleroza multiplă (SM). MS este cauzată de demielinizarea axonilor neuronali. Alte tulburări includ trauma temporară a tecii de mielină numită neurapraxie, care blochează capacitatea unui nerv de a conduce electricitatea și de obicei duce fie la pierderea senzației senzoriale, fie la controlul muscular al zonei afectate.
Membrana axonală este în mod necesar proiectată să conțină o sarcină electrică, pentru a preveni scăparea acesteia. Cu toate acestea, aceasta este ceea ce pare să se întâmple la capetele terminale ale unui axon. Oamenii de știință care studiază structura moleculară a membranei și compoziția chimică a sinapselor înțeleg acum că transferul de semnal este de fapt unul chimic. Energia electrică alimentează schimbări în substanțele chimice, în special sodiul și potasiul, permițându-le să traverseze membranele prin proteine goale specializate numite canale ionice.