老师：各位同学大家好，我是来自北京大学附属中学的高成老师，今天我们一起来学习高二生物学选择性必修一第二章第三节神经冲动的产生和传导的第一部分，跟随科学家的脚步，破解神经冲动产生的具体机制。通过之前课程的学习，我们已经知道神经调节的基本方式是反射，反射的结构基础是反射弧反射。在短跑赛场上表现为发令枪一响，运动员们就会像离弦的箭一样冲出起跑线，运动员从听到发令枪响到做出起跑反应这样一种条件。反射感受器是分布在耳朵的听神经末梢，通过听神经将信号传入神经中枢大脑，在大脑做出反应后，指力经过传出神经传导至腿部肌肉，也就是效应器完成起跑这一反应，在这一过程中兴奋在感受气如何产生，又是如何在神经中传导的？短跑比赛规则规定，发令枪响后0.1秒内起跑为抢跑。这一规定的生物学依据又是什么？这些是我们这一节需要重点讨论的内容。
老师：对这一问题的探索，肇始于意大利医生和生理学家加尔瓦尼在1786年的一个偶然发现。加尔瓦尼发现挂在铁栅栏铜钩上的蛙腿在风的吹动下左右摇晃，挖腿一碰到铁栅栏就可观察到肌肉明显的收缩。加尔瓦尼认为，这种收缩是肌肉内部流出来并沿着神经到达肌肉表面的电流刺激引起的，即动物的组织可以产生生物电。
老师：加尔瓦尼的观点在科学界引发了争论。福特等科学家认为，加尔瓦尼的发现很有可能是铜、铁两种金属的电位差引起的，而不是所谓的生物电。为此，加瓦尼和它的后继者设计了无金属收缩实验，在挖坐骨神经肺肠肌标本中截断挖的坐骨神经，可以导致挖肺肠肌收缩。在这一过程中没有涉及任何金础，说明生物电确实存在。
老师：随后，电流剂于1820年应用于生物电研究。科学家在挖神经外侧连接两个电极，随后刺激挖神经一侧，并在刺激的同时记录电流表的电流大小和方向。在刺激刚开始时，神经上电极所在的a点和b点均没有兴奋，故电流表不显示电流，说明a点和b点均没有兴奋，没有电位差异。当兴奋传导至a点时，b点所在位置还没有兴奋，可见电流表出现明显偏转，电流从b点流向a点，说明a点比b点的点位低。当兴奋传导至b点时，a点所在位置已经由兴奋恢复到静息状态，此时电流表出现明显偏转，电流从a点流向b点，说明b点比a点的电位低。当兴奋传导至b点右侧时，兴奋已经传导过a点和b点，此时a、b两点均为静息状态，电流表不显示电流没有电位差异。该项实验证明，兴奋在神经上以电信号传导神经，兴奋发生位置电位低于静息位置。
老师：那么为什么神经兴奋发生位置电位低于静息位置？在发生兴奋的位置是否存在跨生物膜的电荷转移？依据刚才的实验，科学家提出了生物电发生的膜学说，因为生物膜具有选择透过性，神经兴奋的发生可能是生物膜调节钾离子或者其他离子的透过性，进而调节细胞膜两侧电位差引起的。
老师：要回答这个问题，使用蛙的神经是不可以的。在学习神经调节的结构基础时，我们已经知道神经元轴突呈纤维状，外表大都有一层髓鞘结构，构成