La célula nerviosa típica, también llamada neurona, tiene partes estructurales y funcionales distintas. Su cuerpo principal, llamado soma, genera un pulso eléctrico. Esa señal viaja a través de una extensión larga y delgada llamada axón. Al igual que un cable eléctrico doméstico debe estar cubierto por una funda exterior de aislamiento, la membrana del axón funciona como una cubierta protectora para la transmisión bioeléctrica. Una membrana químicamente precisa y saludable es necesaria para un cerebro humano y un sistema nervioso completamente funcionales.
Un solo hilo de axón microscópico en el cuerpo humano puede ser corto, pero también puede tener 4,9 pies de largo (1,5 metros) o más. En el otro extremo terminal de un axón, la señal eléctrica se descarga. Podría liberar la energía para excitar a otra neurona, contraer un músculo o para cualquier otra función corporal, incluido el razonamiento inteligente. En el caso de pasar la señal a otra neurona, el cuerpo celular receptor tiene protuberancias pequeñas y cortas llamadas dendritas. Desde el axón hasta las dendritas, la señal atraviesa un pequeño espacio entre ellos llamado sinapsis.
Las células nerviosas tienen solo un axón, y su señal eléctrica fluye en una sola dirección. Sin embargo, el axón puede dividirse y ramificarse repetidamente en numerosos extremos terminales. Esto es particularmente importante en el cerebro, donde un solo impulso eléctrico puede estimular muchas otras neuronas. La cascada resultante de extremos terminales ramificados puede ser de miles. Además, las conexiones son sinapsis «en passant» en las que las dendritas de otros nervios se enganchan en la barra del axón, no en sus extremos terminales.
La estructura y las propiedades químicas de la membrana del axón es lo que le permite contener una carga eléctrica, forzar su flujo en una dirección y transferir la señal a otras células del cuerpo. En su mayor parte, para la mayoría de los tipos de células nerviosas, el axón está aislado dentro de una vaina protectora llamada mielina. Esta capa de la membrana del axón se pellizca a intervalos regulares llamados «nodos de Ranvier». Estos espacios sin mielina amplifican efectivamente la señal eléctrica entrante, forzando su rápida transmisión unidireccional. La señal no es una sola onda ininterrumpida; pulsa dentro del axón de nodo a nodo.
Se sabe que la integridad y la salud de la membrana del axón son una de las claves para las enfermedades neurológicas debilitantes, como la esclerosis múltiple (EM). La EM es causada por la desmielinización de los axones neurales. Otros trastornos incluyen un traumatismo temporal en la vaina de mielina llamada neurapraxia, que bloquea la capacidad de un nervio para conducir electricidad y, por lo general, produce pérdida de la sensibilidad sensorial o control muscular del área afectada.
La membrana del axón está necesariamente diseñada para contener una carga eléctrica, para evitar su escape. Sin embargo, esto es lo que parece suceder en los extremos terminales de un axón. Los científicos que estudian la estructura molecular de la membrana y la composición química de las sinapsis ahora entienden que la transferencia de señal es en realidad química. La energía eléctrica provoca cambios en los químicos, particularmente sodio y potasio, lo que les permite atravesar las membranas a través de proteínas huecas especializadas llamadas canales iónicos.