三石分子栄養学➕藤川院長系; 代謝医学❗; 膜 電位 ❗

☆ 電位差、な、電圧❗;

☆ 洞途効果 ;
トンネル効果 ❗ ;

☆ フラッシュ・メモリーのセルには、
なぜ、 寿命があるのだろうか。
本章では、 技術的な背景を、もう少し、
深く掘り下げて、 寿命が生ずる、
原因を解き明かしていく。

　フラッシュメモリーを構成する、
『 セル 』、を、 横からの断面図で見ると、
シリコン、な、 基板の上に、
絶縁体の浮遊ゲートが重なっている。

シリコン、の、 基板の上には、
電子が流れる、 ソース領域、と、
ドレイン領域 、とがあり、

浮遊ゲートの上に設けた、
『 制御 ゲート 』 、 によって、
電子の流れを制御する。

@ 【 浮遊ゲートに、
電子を出し入れして、 記録する 】 ;

ソース、と、 ドレイン、 との間に、
電気の流れを作り、
制御ゲート、 あるいは、 基板 、から、
高い電圧をかけることで、
電子 ｅ 、 を、 引き込んだり、
放出したりする。

一般に、
浮遊ゲートに、 電子がある状態を、
『 ０ 』 、
電子が、 無い 、状態を、
『 １ 』 、
と、 表現する。

電子 ｅ 、が、 絶縁体を通るのは、
量子力学の、
『 トンネル 効果 』 、 のため。

　データを読み書きする流れは、
次の通りだ。

書き込み時は、 制御ゲートに、
２０ Ｖ
≒ ボルト 、 程度の、
高めの電圧を与える。

すると、
ソース領域、と、 ドレイン領域、 との、
電極たちの間を流れる、
電子 、 が、絶縁体である、
シリコン酸化膜でできた、
浮遊ゲートの内部に、 引き寄せられる❗ 。

通常は、 浮遊ゲートに、
電子を格納した状態を、
２進数における、 『 ０ 』 、
と、 みなす。

情報を消去する時は、
シリコン、な、 基板の側から、
高めの電圧をかける。

すると、 電子が放出されるので、
この状態を、
『 １ 』 、
と、 みなす。

このように、 浮遊ゲート内に、
電子を出し入れすることで、
ビット情報を保存するのが、
フラッシュ・メモリーの基本原理だ。

　保存したビット情報を読み出す際は、
制御ゲートに、 ５ ボルト 、程の、
低めの電圧をかける。

もし、 浮遊ゲート内に、 電子があれば、
電流が、 多くなり、 電子が、なければ、
電流が、少なくなる。

この違いを検知するのだ。


☆ フラッシュ・メモリの仕組み ;
2009／ 11/19 22:16:46 ;

ＵＳＢ メモリ 、 や、 ＳＳＤ 、
といった、
フラッシュ・メモリの仕組みを、
わかりやすく説明した記事が、
『 日経 PC online 』、 にありました。

フラッシュ・メモリ 、 っていうのは、
なんか、 半導体の中に、
電子をためるものが並んでいるんだ、
という、 認識でしかなかったですが、
どうやって、 電子を閉じ込めているのか、
電子の出し入れは、どうやっているのか、
という事は、 まるで、 知りませんでした。

この記事によると、
絶縁体で囲まれた、 浮遊ゲート、
と、 呼ばれるものに、
２０ Ｖ 、程の、 強い、
『 電圧をかけると 』

≒ 『 負電荷、 な、 電子 、らへ対して、
正電荷、ら、を、 宛て付けて、
正電荷 、ら、の、 より、 働いてある、
場と、 電子 、らとを、
引き寄せ合い得るようにする事において、
電子らが、流れる、 状態を成し得る、
ようにすると 』 、

電子が、 一定の位置らへ、 入り込み、
電子を閉じ込める、 というのが、
フラッシュ・メモリの記録方法なんだとか。

@ 何で、 電圧をかけると、
電子が、 絶縁体を通り抜けるのか？、
というのは、
トンネル効果を利用しているそうで、
電圧をかけるほどに、
電子の通り抜け得る、確率が、増すために、
閉じ込められる、
電子の量が、増すそうです。

トンネル効果というのは、 なんぞや？、
ですが、たとえば、
多くの人が、 ベルリンの壁をめがけて、
走っていくと、 全員が、
ノックダウンしてしまいますが、
これが、
原子や電子の大きさの世界では、
このうちの、 何人かが通り抜けてしまう、
という、 現象が起こります。

これを、
『 トンネル 効果 』 、 と、呼んでますね。

大学の量子力学の授業では、
このトンネル効果の起こる確率をあらわす、
数式なんかが出てきたりして、
非常に頭の痛い思いをした事があります。
ベルリンの壁にぶつかるより、
ダメージが大きかったような ( 笑 ) 。

電子を閉じ込めて、どうやって、
それを検知するのか、と思いきや、
読み込みの時には、
５ Ｖ 、程の、 弱い電圧をかけて、
この浮遊ゲートを流れる、
電流値を読み取るんだとか。

電子の量に応じて、
流れる電流値が、 変わるので、
この違いから、 その、 セル
( 浮遊 ゲート ) 、 に記録があるか、
ないか、 を読み取るんだそうな。

単純に、 ”ある”か、 ”ない”か、の、
違いを見る
( つまり、 一個のセルで、
０ 、 と、 １ 、 との区別しかしない ) 、
ものを、
” ＳＬＣ ”、
電流値を、もうすこし、厳密に読み取り、
数段階の記録として、 読み取るものを、
” ＭＬＣ ” 、 と、 よんでいます❗。

問題は、その浮遊ゲートを囲む、
絶縁体が、 何度かを、
電圧をかけていく内に、 劣化して、
そのセル、が、 使い物にならなくなる、
という、 現象が起こってしまうこと。

これが、
フラッシュ・メモリの寿命なんだそうで。

また、電圧のかかっていない状態でも、
低い確率とはいえ、
電子、が、 トンネル効果で、
飛び出していってる為に、
長時間を放置すると、
記録が消えてしまうんだとか。

つまり、 フラッシュ・メモリは、
長期での保存に、向かないんだそうで。

ＳＳＤ 、 を使っておられる方は、
一度は、 この記事を、 じっくりと、
読んだ方が、いいですね。 勉強になります。


☆ 公益社団法人 ; 日本電気技術者協会 ;
Presented by Electric Engineer's Association ;

電力に関する重要公式　;
電力 ; ［ Ｗ ］ =
電圧 ; ［ Ｖ ］ ✖ 電流 ; ［ Ａ ］、 は、
電気理論の学習者には、 大変に、
なじみ深いものだ。

電圧; ［ Ｖ ］、 と、 電流; ［ Ａ ］、は、
いずれも、 電気系の単位であるが、
電力; ［ Ｗ ］ 、は、
力学系の単位なので、
一見して、 矛盾がある。

ここでは、電圧の単位; ［ Ｖ ］、
電流の単位; ［ Ａ ］、が、 いずれも、
電気による、力学現象に基づいて、
決められた、 力学単位を基礎にして、
定義された、 単位である、 ことを解説し、
電気系、に、 力学系のエネルギーと、
その単位時間当たりの授受について、
理解を深める。

01. 電気系と力学系単位は、 別世界なのか ;

電気系の単位、と、 力学系の単位の物を、
等しい、 と、 置いている、
この式は、 正しいのだろうか、
という、 疑問が生じる。
果たして、 この式には、
矛盾が、無い、 のだろうか。
　この着眼点には、 一理がある、
ように思えるが、 大きな誤りがある。

電圧の単位; ［ Ｖ ］ 、 も、
電流の単位; ［ Ａ ］、 も、 いずれも、
電気による力学現象に基づいて決められた、
力学単位が基礎になっているのだ。

　今や、 電界中の、 ２点、な、
Ａ点、 から、 Ｂ点、 に向かって、
１［ Ｃ ］
≒ １ クーロン 、
の、 電荷を移動させた場合に、

この電荷は、 クーロンの法則に基づく、
力の作用を受けるから、
この電荷を移動させるには、
クーロン力に打ち勝つだけの、
力を与えるべき、 必要性がある。

つまり、 力学的な仕事が、 必要になる。

結局は、 Ａ点からＢ点まで、
電荷を運ぶためには、
エネルギーを必要とする。

この、 エネルギー ; ［ Ｊ ］
≒ 『 ジュール 』 、
の大きさを、
ＡとＢとの、２点間での、
電位差 、 または、 電圧 、
と定義し、
単位、を、 ［ Ｖ ］
≒ 『 ボルト 』 、
と、 定めている。

　次に、 電荷と電流の関係を考えてみよう。

　電荷の移動を、 電流 ❗ 、 と呼び、
ある断面を、 １秒間に、
１ ［ Ｃ ］ 、 分、が、 通過したもの、
を、 １［ Ａ ］、 と、 定義している。

すなわち、
電荷 ＝ 電流 ✖ 時間 。

03.［Ｖ］✖［Ａ］＝［Ｗ］の成り立つ理由;

１ ［ Ｃ ］ 、 という値は、
勝手に定められたものではなく、
クーロン力を基に、
その大きさが、 決められている。

Ａ、と、 Ｂ、との、 ２点の間に、
電荷 Ｑ ; ［ Ｃ ］ 、 が置かれている場合、
には、
この電荷らの間に働く、
クーロン力 ; Ｆ ; ［ Ｎ ］
≒ 『 ニュートン 』 、
は、 次式で示される。（ 第２図 ）。

１［ Ｃ ］、 という、
電荷 （ 電気量 ） 、 の単位は、
［ ｍ ］ 、とか、 ［ Ｎ ］、 とかの、
力学系で使われる単位に、
関連づけられている。

［ Ｖ ］ ✖ ［ Ａ ］ ＝ ［ Ｗ ］ 、への、
説明の過程で、 陰に、 クーロン 、
という、 力学系に関係する、
単位が隠れている事に、気付いてほしい。


☆ 電位差 ❗ ;
[ electric potential difference ] ;

　 生体膜の高エネルギー状態において、
ｐＨ 差
≒ 正電荷、 な、 陽子 、
の、 １個だけでも、
水素 Ｈ 、 の、 原子核 、
を構成できる、 が、
そうした、 正電荷、な、
水素イオン 、の、 濃度の差 、
と、
対を成す、 成分❗。

光合成において、 『 ＡＴＰ 』
≒ 『 アデノシン ３ リン酸 』 、
を合成する、 タンパク質、な、
酵素 コウソ 、 を駆動する、
Ｈ+
≒ 『 正電荷、な、 水素イオン 』 、
の流れの強さは、
『 プロトン 』
≒ 『 正電荷、な、 陽子 』 、
; Ｈ+ 、 の、
電気化学ポテンシャル差に依存するが，
この、 Ｈ+、 の、
電気化学ポテンシャル差は、
膜の内外の、 Ｈ+ 、の、
濃度差 ( ΔpH ) 、 と、
Ｈ+ 、が、 陽イオンである、
ことに起因する、 電位差 ;
ΔΨ ( デルタ・プサイ ) 、 との、
和 、 として表現される。

このうちの、 ΔΨ 、は、
『 膜 電位 』 、 と呼ばれる。

『 酸素 Ｏ 』 、 と、 結び付く、
などして、
電子強盗では、ない、 何彼を、
電子強盗にしたり、
元の、 電子強盗では、ない、
状態にしたり、 する、
酸化、と、還元、 とにおける、
『 酸化 還元 電位差 』 、 を、
単に、 電位差 、 ということもある。


☆ Wikipedia ➕❗ ;

☆ 膜電位 （ まくでんい 、
英: membrane potential ） 、 は、
細胞の内外に存在する、 電位の差のこと。

すべての細胞は、 細胞膜をはさんで、
細胞の中と外とで、
『 イオン 』
≒ 『 原子、が、 その枠内の、
電子 ｅ 、 を、 引き離される、
などして、 正電荷 、 か、
負電荷 、の、 働き得ようら、を、
観察され宛て得る、 状態になった物 』 、
の、 組成が、 異なっており、

この電荷を持つ、 イオン、の、
分布の差が、 電位の差をもたらす❗。

通常は、 細胞の内は、 細胞の外に対して、
負 ( 陰性 ) 、 の、 電位にある。

神経な、 細胞、や、 筋細胞は、
膜電位を素早く、動的に変化させる、
事により、
生体の活動に、大きく貢献している。

そのため、 膜電位とは、
これらな、細胞らに特有の現象である、
かのように、誤解される事も、多い。

が、 現実には、 全ての細胞において、
膜の内外での、 イオン、らの組成は、
異なっており、 膜電位は、存在する。

たとえば、 ゾウリムシの繊毛、 の、
打つ方向への制御は、
膜電位の変化により、 制御されている。

植物の細胞において、 有名な例としては、
御辞儀草 オジギソウ 、の、 小葉が、
触れる事により、 閉じるのも、
オジギソウの細胞の膜電位の変化による、
ものである事が、 知られている。

このように、 膜電位
（ と、 その変化 ） 、 は、
単細胞、な、 生物や、
植物の細胞にさえ、 存在する、
生物らに共通の基本原理だ。

全ての細胞らは、 細胞膜によって、
外界と内部とを隔てている。

このことは、 細胞が、 その内部に、
必要な、 モノを溜め込む、 ことと、
不要な、 モノを、 積極的に排除する、
こととを、 可能にしている。

必要な、 モノ、 としては、
細胞小器官や、 種々の、
『 タンパク質 』、 など、があり、

不要な、 モノとしては、
老廃物や、毒素など、が、 一番に、
考えられるが、 それ以外にも、
細胞は、 特定のイオンを、
選択的に、取り込み、
別のイオンを、 選択的に排出する、
ことによって、
その内外の、 イオンらでの釣り合いに、
差を作っている。

最も、原始的な生物と考えられている、
シアノ・バクテリアにさえ、
膜電位と、 それを利用した、
イオン・チャネル
≒ イオン海峡
≒ イオン堰 ゼキ 、
≒ イオン通路 、
の存在が、 知られており、
このことは、 生物の誕生と共に、
膜電位が形成された、
ことを示唆している。

細胞の内外に、 濃度差を作られた、
イオン 、 らの各々は、
電荷を持っているので、
内外のイオンらのバランスの差は、
内外の電気的ポテンシャルの差をもたらす。

つまり、 イオンの分布差のそのものが、
細胞の内外に、
電位の差をもたらす、 という事だ。

この、イオンらの分布の差による、
細胞の内外の電位差を、
『 膜 電位 』、 と、呼ぶのだ。

仮に、 膜の外に、 百個の、
１価の、 『 陽 イオン 』 、 があり、
膜の内側に、
４０個の、 １価の陽イオン、 がある、
という、 状況を想定する。

この場合には、 膜外は、 膜内に対して、
イオン、の、 ６０個分の、
プラスの電位差を持っている、 といえ、

逆に、 膜内は、 膜外に比べ、
イオン、の、 ６０個分、 の、
マイナスの電位差がある、 と、 いえる。

このように、 膜電位とは、
細胞の、 膜の内外の、 陰と陽の、
両イオンの電荷らの総和で決定される。

現実には、 膜の内外にある、イオンらは、
一種類ではなく、
イオンの種によって、 価数も違うために、
計算は、 容易ではない。

膜電位が、 必要な理由の１つとして、
細胞の内外に、 大きな電位の差を、
作っておいた場合に、
その電位の差を利用した、
非常に早い、 情報らの伝達が可能になる、
という、 利点がある。

これは、 イオンによる、 電位差と、
その開放による、 エネルギー 、
という、 概念を、
ダムによる、 水位の差、と、
その開放による、 エネルギーによっての、
水力発電、 と、 置き換えて考えると、
わかりやすいだろう。

つまり、 電位差
（ 水位の差 ）、 を、 一気に、
イオン・チャネル
（ 水門 ） 、 を開くことによって、
力を解き放つと、 大きく、かつ、
すばやい駆動力を生み出す、
ことが、 可能になる。

細胞膜の重要な性質の１つとして、
細胞膜を構成する、
不飽和な、脂肪酸、 などの、
脂員 ヤニン 、 らと、
燐 リン Ｐ 、 などから成る、
『 脂質 二重層 』、 の内部は、
水 Ｈ２Ｏ 、 たち、 と、
より、 結びつかない、 疎水性である、
という事が、 あげられる。

これが為に、 イオン 、らは、
細胞膜を介して、 自由に行き来する、
ことが、 できない❗ 。

その為に、 一旦は、 生じた、
イオンらの組成の差は、 そのまま、
細胞膜の内外での、 電荷らの差、 への、
原因となる。

つまり、 膜電位が生じるためには、
そもそも、 細胞の内外での、
イオンらの分布に差が生じるべき、
必要性がある。

@ イオン・ポンプの一例 ;
Ｎa+ ／ Ｋ+ - ATP アーゼ 。

イオンらの分布での差を生じさせる、
第一の要素として、
イオン・ポンプの存在が挙げられる。

『 イオン・ポンプ 』 、は、
ＡＴＰ 、 等の、 エネルギーを利用して、
特定のイオン 、を、 能動輸送する、
『 タンパク質 』、 だ。

この、 イオン・ポンプは、
膜の内外の、 イオン 、らの組成の違い、
が、 どういう条件であろうと、
一方から他方へ、 能動的に、 常に、
一方通行の、 イオン 、への、
輸送を担う。

イオン・ポンプ、 による、
輸送の速度は、 それほどに、 速くなく、
１分子の、 ポンプ 、で、
１秒あたりに、 せいぜいで、
数百のイオン 、らを輸送できる、
に、 とどまるが、
ＡＴＰ 、の、 エネルギーがある限り、
常に、 動き続ける❗ 。

実際には、 生きた細胞内で、
ＡＴＰ 、が枯渇する事は、
考えられないため、結果的に、
イオン 、らの分布での変化、 への、
貢献度は、それなりに大きくなる。

膜電位に関わる、イオン・ポンプとして、
もっとも、有名、かつ、
研究がなされたものとして、
ナトリウム - カリウム ・ ポンプ
≒ ナトリウム・ポンプ 、
が、 挙げられる。

これは、 ＡＴＰ、への、加水分解による、
エネルギーを利用して、
３個の、 ナトリウム・イオン
( Ｎa+ ) 、 らを、
細胞の外へ、 汲み出す、 と共に、
２個の、 カリウム・イオン
( Ｋ+ ) 、 を、
細胞の内側へ、 汲み込む、
『 タンパク質 』 、だ。

この、 タンパク質が働いている、
おかげで、
細胞の内側は、
ナトリウム・イオン 、 が、 少なく、
カリウム・イオン 、が、 多い、
という、 条件を維持できる。

@ 『 カリウム Ｋ 』 、は、
梨の芯の辺りにある、
酸っぱみを覚え宛てさせる成分でもある。

・・そのほかにも、
カルシウム・イオン
( Ｃa2+ ) 、や、
水素イオン
( Ｈ+ ) 、 を輸送する、
『 翻封 ホンプ 』
≒ 『 ポンプ 』 、
なども存在し、
成分としては、 小さいものの、
膜電位に貢献している。

@ イオン海峡を介した、イオンの移動:

イオン・ポンプ 、 などの活動により、
一旦は、 イオン 、らの分布の差、
が、 生まれると、 今度は、
その濃度こ差を利用した、
『 受動 輸送 』 、 が、 可能になる❗ 。

この受動輸送は、
イオン・チャネルと呼ばれる、
『 タンパク質 』、 によって、なされる。

イオン海峡は、 イオン・ポンプ、
等によって、 濃度差が作られた、
イオン 、らをして、
イオンらの濃度の高い方から、
低い方へ、 拡散させる、
イオンの通り道 、 だ。

よって、方向に、選択性はなく、
膜電位が、無い、場合は、 常に、
イオンらの濃度の勾配に従って、
成される、輸送だ。

ただし、 イオン 、らの濃度の、
低い方から、 高い方への、 移動が、
全く、無いわけでは、ない、
ことに、 注意すべきでもある❗ 。

イオンが、 チャネルを通過するか、
どうかは、
そのイオンが、 ブラウン運動によって、
チャネル、な、 分子に、
衝突するか、どうか、 に依存しており、

イオン、らの濃度の高い側では、
イオンのチャネルへの衝突が、
低い方に比べて、 圧倒的に、
起きやすい、が為に、
全体としては、 高い方から、
低い方への流れが生じるわけだ。

イオン海峡の多くは、 通常は、
より、 自分からは、 働かない、
『 不活性型 』、 であり、

何らかの刺激
( 膜電位の変化・リガンドの結合、
・リン酸化・機械刺激、 など ) 、
に応じて、 開いたり、 閉じたりする。

そのため、 定常状態の細胞において、
働いている、 イオン海峡は、少ない、
と、言える。

ただし、 漏洩チャネルと呼ばれる類の、
イオン・チャネルは、 常に、開いており、
静止膜電位に貢献する。

@ 膜電位のその物による、イオンの移動;

膜の内外での電位差のそのものも、
イオンの移動に、影響を及ぼす。

たとえば、 静止状態の膜電位は、
細胞内が、細胞外に比べて、
負である、 が、
負の細胞内に向けて、
陽イオン 、らは、 入りやすく、
陰イオン 、らは、 入りにくい。

逆に、 正の細胞外に向けて、
陰イオン 、らは、 出て行きやすく、
陽イオン 、らは、 出て行きにくい。

これは、 単純に、細胞外の、
正電荷を持つ環境が、
陽イオンをして、反発させようとする、
からだ。

現実に、 塩化物イオン
( Ｃl- ) 、 の移動は、
細胞の膜を通して、 かなり、
自由度が高いために、 この膜電位による、
移動に、 ほとんど依存している。

いくつものタンパク質らの作用により、
イオンは、 常に、絶えず、
細胞の内外を移動している。

イオンの流出入は、
細胞が生きている限り、
止まることは、無いが、
電荷の移動は、 ある条件において、
見かけの上では、 動かなくなる❗ 。

この条件をもたらす、 膜電位 、を、
『 静止 膜 電位 』
（ せいしまくでんい、
英: Resting Membrane Potential ） 、
という。

この条件において、 細胞は、
一種の定常状態にあり、
見かけの上では、 電荷の移動は、なく、
膜電位は、 安定する。

ただし、この条件においても、
イオンの流出入は続いている、
ことに、 注目すべきだ❗ 。

つまり、 単位時間当たりに流出する、
イオン、らの、 総電荷量と、
流入する、 イオンらの総電荷量が、
一致しており、かつ、
その状態が長く続くような条件が、
静止膜電位 、 だ。

神経細胞を例に取れば、 一般に、
ナトリウム・イオン
( Ｎa+ ) 、や、 塩化物イオン
( Ｃl- ) 、は、
細胞内に、 少ない。

その代わり、
カリウム、な、 イオン
( Ｋ+ ) 、 の濃度は、 高く、
また、 負電荷を持つ、
『 有機 』
≒ 『 炭素 Ｃ 、を含む、 化合物 』 、
の、 低分子
( アスパラギン酸 、 など ) 、
の濃度が、 高い。

これらは、 チャネル、な、
分子の存在による、
膜の選択的な透過性と、
イオン・ポンプによる、
『 能動 輸送 』、 が関与している。

ただし、 細胞膜の、
塩化物イオン 、 に対する、
選択的な、 透過性は、 かなり低い為に、
塩化物イオン 、は、 比ぶる自由に、
膜の内外を行き来し得る❗ 。

それでも、 塩化物イオン、 らの濃度が、
細胞の外において、 高いのは、
細胞の外が、 細胞の内に比べて、
余計に、 正電荷を持つために、
膜電位による、 電場によって、
受動的に、 引き寄せられる、 ためだ。

カルシウム、な、 イオン
Ｃa２+ 、や、
マグネシウム、な、 イオン
Ｍg２+ 、 も、
比ぶるに、 細胞内には、 少ない。

特に、 カルシウム・イオン 、らの濃度が、
細胞内において、 少なく維持されている、
ことは、
細胞にとって、 大変に重要である。

カルシウム・イオンは、 必要に応じて、
細胞の外や、
細胞の内側にある、 小胞体から、
その同じ、細胞の内へ、放出され、
カルモジュリン、や、
カルシウム依存性キナーゼ、 等の、
種々の、 カルシウム Ｃａ ❗ 、への、
依存性のある、 タンパク質 、 らを、
活動させる、 引き金であり、

沢山の信号を伝達する、
『 カスケード 』
≒ 段々に成ってある、 滝 、
『 段滝 』 、
を動かす、 最初の、 キューとして、
非常に大切だ。

そのために、 カルシウム Ｃａ ❗ 、は、
細胞の外への輸送だけでなく、
小胞体内へも、能動輸送され、
細胞内の濃度を、 低く、 保っている。


@ 漏洩チャネルの貢献 ;

神経、な、 細胞の、
典型的な軸索において、
静止膜電位は、 負であり、 おおよそで、
➖ ７０ mＶ 、 程である。

このことは、 細胞の外に、
陽イオンが、 比ぶるに、多い
もしくは、 細胞の内に、
陰イオンが、 比ぶるに、多い、
ことを示唆している。

実際には、 前者が正しい。

前に述べた、 『 Ｎa+ - Ｋ+ 交換
イオン・ポンプ 』、 は、

３個の、 ナトリウム・イオン、らと、
２個の、 カリウム・イオン 、らとを、
交換している、 だけ、 なので、
膜電位の変化には、 それほど、
大きくは、 寄与しないが、

外にくみ出された、 ナトリウム・イオン、
が、 細胞の内側へ入り込むための、
ナトリウム・チャネルは、 通常は、
不活性化されており、
開いていない、 のに対し、

カリウム Ｋ 、が、
細胞の外に流出する、
カリウム・チャネルの中には、 通常は、
開きっぱなしのものが存在する。

つまり、 カリウム・イオン 、らは、
汲み入れても、 汲み入れても、
ある程度は、 細胞外へ、
漏れ出て行ってしまう。

これが、 静止膜電位が、
負になってしまう、 主な原因である。

この、 カリウム、な、 イオン 、
らを漏れ出させてしまう、 チャネル、 を、
『 カリウム 漏洩 チャネル 』 、
と、 呼ぶ。

@ ナトリウム、な、 イオン 、らは、
ほとんど、 細胞内に漏洩しないので、
ナトリウム・チャネルが開くと、
大きな透過力を発生することになる。

これが、 活動電位の正体であり、
この大きな力により、
➖ ７０ mＶ 、 程度の膜電位は、
➕ ４０ mＶ 、 の付近まで、
一気に変化する❗ 。

@ 平衡電位 ;

前に述べたように、 イオンの流れは、
膜電位のそのものが起こす、
電場の影響を受ける。

電場によって起こされる、
イオン 、らの移動は、
受動的なものであり、
電場を打ち消すような、
方向に行われるために、
ある一定の膜電位において、
そのイオンらの移動が、 見かけの上では、
停止する点がある。

それを、 平衡電位
（ へいこうでんい、
英: Equilibrium Potential ） 、
と、 呼ぶ。

細胞膜のそれぞれの、
イオン 、 に対する、
選択的な、 透過性は、 異なるために、
平衡電位は、 それぞれの、
イオンについて、 別々に存在する。

@ 細胞膜は、
静止膜電位で、定常状態を保っている。

この状態を、 膜が分極
( polarization ) 、 している、
という。

ここから、 プラス方向に、
膜電位が変化することを、 脱分極
( depolarization ) 、 さらに、
マイナス方向に変化することを、
過分極
( hyperpolarization ) 、 と表現する。

脱分極は、 必ずしも、
膜電位が、 正に変化する、
ことを伴わず、
➖ ７０ mＶ 、 から、
➖ ３０ mＶ 、 への変化でも、
十分に、 『 脱分極 』 、 である。

また、 一旦は、 プラスに転じた、
膜電位が、 再度に、
静止膜電位に戻ることを、 『 再分極 』
( repolarization ) 、 という。

神経細胞は、 シナプスと呼ばれる、
構造を通じて、 情報の伝達をしているが、
伝達を受けた神経細胞が、
脱分極するか、 過分極するかは、
重要なポイントである。

それは、 脱分極を引き起こす伝達は、
「 興奮性 伝達 」 、 と呼ばれ、
活動電位を引き起こす、
助けとなる、 のに対し、
過分極を引き起こす伝達は、
「 抑制性 伝達 」 、 と呼ばれ、
活動電位の発生を抑える働きをする。

活動電位の発生は、入力された、
興奮性 ／ 抑制性 、の、
伝達の総和が、
ある一定の値
( 閾値、 という ) 、 に達するか、
どうかによって、 決定されるので、
個々の、 シナプスが、 興奮性であるか、
抑制性であるかは、
神経回路を理解するうえで、
大変に重要だ。

@ 膜電位への測定 ;

膜電位を電気的に測定するためには、
細胞の内外に、 それぞれ、
一本ずつを、 電極をおく、
ことが、 必要となる。

細胞の外は、 良いとして、
細胞内に、 電極を刺すことは、
なかなかに、 困難だ。

これを、 最初に可能にし、
膜電位を測定したのが、
イギリスの神経科学者な、
アラン・ホジキン氏、と、
アンドリュー・ハクスレー氏、
という事になっている。

彼らは、 イカの巨大軸索を用いて、
膜電位とその変化を観察した功績から、
１９６３年の、
ノーベル生理学・医学賞を授かった❗。

イカの巨大な軸索は、 直径が、
１ mm 、 近くあるので、内部に、
金属製のワイヤを差し込むことが、
比ぶるに容易だったためだ。

今日では、 細胞内に、
ワイヤを刺すことは、 まず、行われず、
電気を通す、物質らの溶け込んで成る、
『 電解液 』 、 で満たした、
細いガラス管電極を細胞にあてて、
膜電位を測定するのが、 主流だ。

細胞内へ、直に、
電極が刺さっていなくても、
測定電極と電解質な溶液が、
連続している限り、なんら、
問題はなく、 膜電位は、測定できる、
からだ。

この技術は、
パッチクランプ法、 と呼ばれ、
神経科学研究での、大切な技術の一つであり、
これ自体も、 １９９１年の、
ノーベル生理学・医学賞を授かった技術だ。

しかし、 ホジキン氏 ( 1955 ) 、や、
ハクスレー氏 ( 1951 ) 、 に先行すること、
十年以上前に、 日本人の科学者な、
鎌田武雄氏が、 英国へ留学中に、
ゾウリムシの膜電位への測定に、
成功していた ( 1934 ) 。

しかも、 彼は、 この時点ですでに、
ガラス管電極を発明して、 用いており、
ノーベル賞級の技術を、 二つも、
同時に、 駆使していたことになる。

今日でも、 パッチクランプ法は、
主要な、 膜電位への測定技術であるが、
1970年代から、 細胞膜に溶け込み、
膜電位の変化に応じて、 蛍光、
あるいは、 吸光が変化する、
『 膜電位 感受性 色素 』、 と言う、
化学物質が、 発明され、
光学的に、 膜電位の変化を計測する、
方法
（ 膜電位 イメージング ）、
が、 確立された。

『 膜 電位 イメージング 』、 は、
複数の神経細胞らから、 同時に、
膜電位を記録できる、 という、
大きな利点があり、
生体への応用を目指した研究が、
盛んにおこなわれている。