Colina del axón
Tanto los potenciales postsinápticos inhibitorios (IPSPs) como los potenciales postsinápticos excitatorios (EPSPs) se suman en la colina del axón y una vez que se supera un umbral de activación, un potencial de acción se propaga a través del resto del axón (y «hacia atrás» hacia las dendritas como se ve en la retropropagación neuronal). El desencadenamiento se debe a la retroalimentación positiva entre los canales de sodio activados por voltaje, que están presentes en la densidad crítica en el montículo del axón (y los nodos de ranvier) pero no en el soma.
En su estado de reposo, una neurona está polarizada, con su interior a unos -70 mV en relación con su entorno. Cuando un neurotransmisor excitador es liberado por la neurona presináptica y se une a las espinas dendríticas postsinápticas, los canales iónicos activados por ligando se abren, permitiendo que los iones de sodio entren en la célula. Esto puede hacer que la membrana postsináptica se despolarice (sea menos negativa). Esta despolarización viajará hacia la loma del axón, disminuyendo exponencialmente con el tiempo y la distancia. Si se producen varios eventos de este tipo en poco tiempo, el montículo del axón puede despolarizarse lo suficiente como para que se abran los canales de sodio dependientes de voltaje. Esto inicia un potencial de acción que luego se propaga por el axón.
A medida que el sodio entra en la célula, el potencial de la membrana celular se vuelve más positivo, lo que activa aún más canales de sodio en la membrana. La entrada de sodio acaba superando la salida de potasio (a través de los canales de potasio de dos poros o canales de fuga, iniciando un bucle de retroalimentación positiva (fase ascendente). Alrededor de +40 mV, los canales de sodio activados por voltaje comienzan a cerrarse (fase de pico) y los canales de potasio activados por voltaje comienzan a abrirse, moviendo el potasio hacia abajo de su gradiente electroquímico y fuera de la célula (fase de caída).
Los canales de potasio muestran una reacción retardada a la repolarización de la membrana e, incluso después de alcanzar el potencial de reposo, parte del potasio sigue fluyendo hacia fuera, lo que da lugar a un fluido intracelular más negativo que el potencial de reposo y durante el cual no puede iniciarse ningún potencial de acción (fase de subimpulso/periodo refractario). Esta fase de subimpulso asegura que el potencial de acción se propague hacia abajo del axón y no hacia arriba.
Una vez que se inicia este potencial de acción inicial, principalmente en el montículo del axón, se propaga a lo largo del axón. En condiciones normales, el potencial de acción se atenuaría muy rápidamente debido a la naturaleza porosa de la membrana celular. Para garantizar una propagación más rápida y eficaz de los potenciales de acción, el axón está mielinizado. La mielina, un derivado del colesterol, actúa como una vaina aislante y garantiza que la señal no pueda escapar a través de los canales iónicos o de fuga. No obstante, existen huecos en el aislamiento (nodos de ranvier), que potencian la fuerza de la señal. Cuando el potencial de acción llega a un nodo de Ranvier, despolariza la membrana celular. Cuando la membrana celular se despolariza, los canales de sodio activados por voltaje se abren y el sodio entra a raudales, desencadenando un nuevo potencial de acción.