Ein Neuron ist ein Element des Nervensystems, das für den Empfang und die Übertragung von Informationen im gesamten Gehirn über elektrochemische Signale verantwortlich ist. Informationen wandern durch das Gehirn in Form eines Aktionspotentials oder Nervenimpulses. Dadurch wird die elektrische Ladung eines ruhenden Neurons und sein Zellmembranpotential umgekehrt. Wenn ein Neuron kein Aktionspotential erzeugt, wird es als ruhendes Neuron bezeichnet. Im Ruhezustand hat ein Neuron eine innere Zellmembran, die relativ zur Außenseite der Zellmembran negativ geladen ist.
Eine Zellmembran ist eine äußere Grenze um ein Neuron. Es besteht aus einer Doppelschicht von Lipiden oder Fetten, und hier befinden sich Proteine wie Ionenkanäle. Die Lipiddoppelschicht fungiert als Barriere und hält über Ionenpumpen und Ionenkanäle eine Verteilung der elektrischen Ladungen über die Zellmembran aufrecht. Ionenpumpen stellen Ionenkonzentrationsgradienten in der Membran her und bewegen Ionen entgegen ihrem Konzentrationsgradienten in das und aus dem Neuron. Ionenkanäle arbeiten im Gegensatz zu Ionenpumpen und ermöglichen es bestimmten Ionen, sich durch die Zellmembran zu ihren Konzentrationsgradienten zu bewegen.
Die Potentialdifferenz über die Zellmembran eines ruhenden Neurons wird als Ruhemembranpotential bezeichnet. Es ist die elektrische Energie durch die Membran einer nicht stimulierten, elektrisch erregbaren Zelle. Ruhende Neuronenpotentiale reichen von minus-60 Millivolt (mV) bis minus-90 Millivolt, betragen aber normalerweise minus-65 Millivolt. Potentialunterschiede über die Zellmembran treten aufgrund von Unterschieden in der Konzentration von Ionen innerhalb und außerhalb der Zelle auf und weil Zellmembranen für diese speziellen Ionen durchlässig oder porös sind.
Eine Zellmembran hat eine intrazelluläre Flüssigkeit mit einer hohen Konzentration an Kaliumionen, die durch negativ geladene Ionen oder Anionen ausgeglichen wird. Die Zellmembran ist für diese speziellen Anionen undurchlässig, was bedeutet, dass diese Ionen sich nicht durch die Zellmembran bewegen können. Die Flüssigkeit außerhalb der Zellmembran ist eine verdünnte Natriumchloridlösung.
Ein ruhendes Neuron hat einen Einstrom von Natriumionen in das Neuron über die Zellmembran über Natriumionenkanäle. Dies wird dann durch einen Ausfluss von Kaliumionen über Kaliumionenkanäle ausgeglichen. Im Ruhezustand oder wenn eine neuronale Membran polarisiert ist, bleibt das Membranpotential nahe dem Kalium-Gleichgewichtspotential. Dies bedeutet, dass die neuronale Membran hauptsächlich aus Kaliumionen besteht. Eine neuronale Membran wird depolarisiert, wenn sie ein erregendes Signal oder ein Aktionspotential empfängt, was zu einem Einstrom von Natriumionen führt und ein Neuron, das nicht mehr ruht oder inaktiv ist.