ช่องโซเดียมแบบควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าเป็นโปรตีนที่พบในเยื่อหุ้มเซลล์ประสาท เมื่อถูกกระตุ้นด้วยไฟฟ้า ช่องเหล่านี้จะยอมให้ไอออนโซเดียมเคลื่อนที่ผ่านเยื่อหุ้มพลาสมาช่องเหล่านี้มีหน้าที่ในการส่งสัญญาณไฟฟ้าในเซลล์ประสาท ช่องโซเดียมแบบควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าสามารถแบ่งออกเป็นสองหน่วยย่อย ได้แก่ อัลฟาและเบตา มีการระบุช่องโซเดียมแบบควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าของหน่วยย่อยอัลฟาหลายชนิด ช่องโซเดียมแบบควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าที่พบในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมสามารถแบ่งออกได้เป็นสามประเภท ได้แก่ Nav1.x, Nav2.x และ Nav3.x ช่องโซเดียม Nav1.x เกี่ยวข้องกับระบบประสาทส่วนกลาง Nav1.1, Nav2.2 และ Nav1.6 เป็นไอโซฟอร์มสามชนิดของช่องโซเดียมแบบควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าที่มีอยู่ในระดับสูงในระบบประสาทส่วนกลางของสมองหนูโตเต็มวัย^{[ 5 ]}ช่องเหล่านี้ได้รับการบันทึกไว้อย่างดีในเยื่อหุ้มแอกซอนของระบบประสาทส่วนกลาง Nav1.2 ถูกระบุเป็นหลักในแอกซอนที่ไม่มีไมอีลิน ในขณะที่ Nav1.6 มีความเข้มข้นสูงที่ปมของ Ranvierของแอกซอน^{[ 6 ]} Nav1.6 ถูกระบุในเดนไดรต์ของเซลล์ประสาท CA1 ในฮิปโปแคมปัสที่สร้างสไปค์เดนไดรต์ ความหนาแน่นของ Nav1.6 ในเซลล์ประสาทเหล่านี้ต่ำกว่าในส่วนเริ่มต้นของแอกซอน 35-80 เท่า^{[ 7 ]}

การกระจายตัวของช่องโซเดียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าตามเยื่อหุ้มเดนไดรต์มีบทบาทสำคัญในความสามารถของเดนไดรต์ในการส่งสัญญาณ ค่าเกณฑ์ของเยื่อหุ้มเดนไดรต์ที่สูงมักทำให้การเริ่มต้นของสไปค์เดนไดรต์ทำได้ยากขึ้น อย่างไรก็ตาม ความหนาแน่นที่เพิ่มขึ้นของช่องโซเดียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าอาจลดแอมพลิจูดของสัญญาณที่จำเป็นในการเริ่มต้นสไปค์ มีการสังเกตการรวมกลุ่มของช่องโซเดียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าที่ไซแนปส์ของเซลล์ประสาทโกลบัสพัลลิ ดัส ^{[ 8 ]}นอกจากนี้ยังมีการแสดงให้เห็นผ่านแบบจำลองการคำนวณของเดนไดรต์ว่าแอมพลิจูดเกณฑ์ของค่าการนำไฟฟ้าของไซแนปส์ที่จำเป็นในการสร้างสไปค์เดนไดรต์นั้นน้อยลงอย่างมีนัยสำคัญหากช่องโซเดียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้ารวมกลุ่มกันที่ไซแนปส์^{[ 8 ]}ช่องที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าชนิดเดียวกันอาจมีการกระจายตัวที่แตกต่างกันระหว่างโซมาและเดนไดรต์ภายในเซลล์ประสาทเดียวกัน ดูเหมือนว่าจะไม่มีรูปแบบการกระจายตัวทั่วไปสำหรับช่องที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าภายในเดนไดรต์ เดนไดรต์ของเซลล์ประสาทที่แตกต่างกันแสดงรูปแบบความหนาแน่นที่แตกต่างกัน ซึ่งอาจเปลี่ยนแปลงได้ในระหว่างการพัฒนาและสามารถปรับเปลี่ยนได้โดยสารสื่อประสาท^{[ 4 ]}

เช่นเดียวกับช่องโซเดียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าช่องแคลเซียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าก็เป็นโปรตีนเมมเบรนแบบฝังตัวที่พบในเยื่อหุ้มพลาสมาเช่นกัน ช่องแคลเซียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าสร้างศักยภาพการกระทำโดยกลไกเดียวกันกับช่องโซเดียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้า ช่องแคลเซียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าหลายชนิดได้รับการระบุในเซลล์ประสาท ช่องแคลเซียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าชนิด N และ P/Q เป็นชนิดย่อยหลักที่พบว่าสนับสนุนการส่งสัญญาณประสาท[ ^{9 ] ช่อง}เหล่านี้มีความเข้มข้นอยู่ที่ปลายประสาท ช่องแคลเซียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าชนิด T และชนิด R พบในเดนไดรต์ฐาน และเชื่อว่าการกระตุ้นช่องเหล่านี้ในระหว่างการระเบิดของศักยภาพการกระทำนำไปสู่การสร้างหนามแคลเซียมในเดนไดรต์^{[ 10 ]}ช่องชนิด T และชนิด R ล้วนเป็นส่วนหนึ่งของคลาสซับยูนิตอัลฟา 1 ของช่องแคลเซียม

ช่องแคลเซียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าประเภทต่างๆ ส่งผลให้เกิดการกระตุ้นด้วยแรงดันไฟฟ้าสองรูปแบบ ได้แก่ กระแสแคลเซียมที่กระตุ้นด้วยแรงดันไฟฟ้าต่ำ (LVA) และกระแสแคลเซียมที่กระตุ้นด้วยแรงดันไฟฟ้าสูง (HVA) ในนิวเคลียสของสมองน้อยส่วนลึก กระแสแคลเซียมไม่ได้กระจายตัวอย่างสม่ำเสมอไปตามเดนไดรต์^{[ 11 ]}ความแรงสัมพัทธ์ของกระแสแคลเซียม LVA มีความเข้มข้นมากกว่าอย่างเห็นได้ชัดที่ปลายสุดของเดนไดรต์ การกระจายตัวที่ไม่สม่ำเสมอของกระแสแคลเซียม LVA บ่งชี้ถึงบทบาทสำคัญของกระแสแคลเซียม LVA ในการรวมเดนไดรต์ที่อินพุตไซแนปส์^{[ 11 ]}

ช่องโพแทสเซียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าเป็นอีกกลุ่มหนึ่งของช่องที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้า ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการเริ่มต้นการเกิดสไปค์ของเดนไดรต์ ช่องโพแทสเซียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้า เช่นเดียวกับช่องโซเดียมและแคลเซียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้า ช่วยอำนวยความสะดวกในการเคลื่อนที่ของไอออนบวกผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ แต่แตกต่างจากช่องโซเดียมและแคลเซียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้า ช่องโพแทสเซียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าจะเคลื่อนย้ายไอออนบวกออกจากเซลล์ จึงมีผลยับยั้งการเริ่มต้นการเกิดสไปค์ของเดนไดรต์

ช่องโพแทสเซียมแบบ A ที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าชั่วคราวเป็นช่องเฉพาะที่มีบทบาทสำคัญในการเริ่มต้นการเกิดสไปค์ของเดนไดรต์ ความหนาแน่นของช่องโซเดียมและแคลเซียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้ามีความคล้ายคลึงกันทั้งในเดนไดรต์และแอกซอน อย่างไรก็ตาม เยื่อหุ้มเดนไดรต์มีความไวต่อการกระตุ้นน้อยกว่าเยื่อหุ้มแอกซอนมาก^{[ 12 ]}ความแตกต่างในความไวต่อการกระตุ้นนี้สามารถอธิบายได้จากการมีอยู่ของช่องโพแทสเซียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าเหล่านี้ ช่องโพแทสเซียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าจะยับยั้งความสามารถของเดนไดรต์ในการสร้างศักยภาพการกระทำและลดแอมพลิจูดของสไปค์เดนไดรต์เมื่อระยะห่างจากโซมาเพิ่มขึ้น ความสามารถของช่องโพแทสเซียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าในการปรับการส่งสัญญาณของเดนไดรต์อาจมีผลอย่างมากต่อความยืดหยุ่นของไซแนปส์

ศักยภาพการกระทำที่เริ่มต้นในแอกซอนโดยปกติจะเดินทางลงไปตามแอกซอนออกจากโซมา อย่างไรก็ตาม เป็นไปได้เช่นกันที่ศักยภาพการกระทำจะเดินทางในทิศทางตรงกันข้าม เข้าไปในโซมา แล้วเดินทางลงไปตามเดนไดรต์เป็นสไปค์เดนไดรต์^{[ 13 ]}สัญญาณย้อนกลับนี้ให้ข้อมูลแก่ไซแนปส์ว่าเซลล์ประสาทได้ปล่อยสัญญาณออกมา^{[ 4 ]}ประสิทธิภาพของสัญญาณจะแตกต่างกันไปในเซลล์ประสาทประเภทต่างๆ ตัวอย่างเช่น การแพร่กระจายย้อนกลับของศักยภาพการกระทำนั้นมีจำกัดมากในเซลล์ Purkinje ของสมองน้อย ^{[ 14 ]}แต่ค่อนข้างแพร่หลายในเซลล์ประสาทระหว่างกลางของชั้นแกงกลิโอนิกกลางของกลีบคล้ายสมองน้อยของปลาบางชนิด^{[ 15 ]}

ศักยภาพการกระทำอาจเกิดขึ้นครั้งแรกที่เดนไดรต์หากได้รับการกระตุ้นจากอินพุตไซแนปส์แบบซิงโครนัสที่แรง^{[ 16 ]}ความสามารถของเดนไดรต์ในการเริ่มต้นศักยภาพการกระทำนั้นไม่เพียงขึ้นอยู่กับอินพุตไซแนปส์เท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับจำนวนช่องที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าและความหนาแน่นของช่องที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าที่มีอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์ด้วย

การเริ่มต้นของสไปค์เดนไดรต์ผ่านอินพุตไซแนปส์ที่แข็งแรงเพียงครั้งเดียวไม่ได้รับประกันว่าสไปค์จะแพร่กระจายได้อย่างน่าเชื่อถือในระยะทางไกล^{[ 17 ]}หากมีการเปิดใช้งานไซแนปส์หลายตัวพร้อมกัน สไปค์เดนไดรต์อาจเกิดขึ้นได้ผ่านการรวมเชิงพื้นที่ การรวมเชิงพื้นที่เกี่ยวข้องกับการเพิ่มสัญญาณอินพุตหลายตัวส่งผลให้เกิดสัญญาณที่ใหญ่ขึ้นและอาจเป็นสไปค์เดนไดรต์ เซลล์ประสาท CA1 ในฮิปโปแคมปัสได้รับการพิสูจน์แล้วว่าสามารถสร้างการแพร่กระจายของสไปค์เดนไดรต์ได้อย่างน่าเชื่อถือผ่านการรวมเชิงพื้นที่ของอินพุตไซแนปส์หลายตัว ในฮิปโปแคมปัสเซลล์ประสาท CA1 ประกอบด้วยสองบริเวณที่โดดเด่นซึ่งรับอินพุตไซแนปส์กระตุ้น: เส้นทางเจาะทะลุ (PP) ผ่านกระจุกเดนไดรต์ส่วนปลาย (500-750 ไมโครเมตรจากโซมา) และเส้นทางชาฟเฟอร์-คอลลาเทอรัล (SC) ผ่านเดนไดรต์ส่วนฐานและส่วนปลาย (250-500 ไมโครเมตรจากโซมา) ^{[ 17 ]}การศึกษาแสดงให้เห็นว่าการกระตุ้น PP หรือ SC เพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอที่จะทำให้สไปค์เดนไดรต์เริ่มต้นศักยภาพการกระทำได้ อย่างไรก็ตาม พบว่าเมื่อสไปค์เดนไดรต์เกิดขึ้นเนื่องจากการกระตุ้น PP การมีอยู่ของการกระตุ้น SC จะเป็นตัวกำหนดว่าสัญญาณจะแพร่กระจายไปยังโซมาหรือไม่^{[ 17 ]}

โดยทั่วไปแล้วสไปค์เดนไดรต์จะแพร่กระจายย้อนกลับจากโซมาไปยังกิ่งเดนไดรต์ส่วนปลาย การแพร่กระจายย้อนกลับมีหน้าที่หลายอย่างในเซลล์ประสาท และหน้าที่เหล่านี้จะแตกต่างกันไปตามประเภทของเซลล์ประสาท โดยทั่วไป การแพร่กระจายย้อนกลับทำหน้าที่สื่อสารข้อมูลเอาต์พุตไปยังเยื่อหุ้มเซลล์หลังไซแนปส์ ^{[ 4 ]}ในเซลล์ประสาทที่ปล่อยสารสื่อประสาทหลายชนิด การแพร่กระจายย้อนกลับของสไปค์เดนไดรต์จะส่งสัญญาณการปล่อยสารสื่อประสาท^{[ 18 ]}ตัวอย่างเช่นเซลล์ไมทรัลดูเหมือนจะทำหน้าที่ทั้งเป็นเซลล์ประสาทฉายภาพและเป็นเซลล์ประสาทเชื่อมต่อเฉพาะที่ หากเอาต์พุตแอกซอนของเซลล์ไมทรัลถูกปิดโดยการยับยั้งโซมา ศักยภาพการกระทำของเดนไดรต์เฉพาะที่จะทำให้เซลล์ไมทรัลปล่อยสารสื่อประสาทเข้าสู่สิ่งแวดล้อม^{[ 18 ]}การแพร่กระจายย้อนกลับของสไปค์เดนไดรต์ได้รับการพิสูจน์แล้วในเซลล์ประสาทหลายประเภทในสมอง แต่แทบจะไม่ได้รับการศึกษาภายนอกสมองเลย นอกจากเซลล์ประสาทในสมองแล้ว ยังพบการเกิดสไปค์ที่เดนไดรต์ในเซลล์ประสาทของไขสันหลังอีกด้วย

การแพร่ไปข้างหน้าของสไปค์เดนไดรต์เริ่มต้นขึ้นเนื่องจากกิจกรรมของไซแนปส์ และหมายถึงการส่งสัญญาณไปยังโซมา^{[ 17 ]}ความแรงของการกระตุ้นไซแนปส์ที่จำเป็นในการสร้างสไปค์เดนไดรต์นั้นแตกต่างกันไปตามประเภทของเซลล์ประสาท เซลล์ประสาทที่ได้รับอินพุตค่อนข้างน้อยไม่สามารถพึ่งพาการรวมเชิงพื้นที่ได้ ดังนั้นจึงต้องพึ่งพาอินพุตไซแนปส์ที่แรงกว่า เซลล์ประสาทที่ไม่แตกแขนงมากนัก เช่น เซลล์ประสาทโกลบัสพัลลิดัส จะหลีกเลี่ยงความจำเป็นของอินพุตไซแนปส์ที่แรงโดยการเพิ่มความเข้มข้นของช่องโซเดียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าที่ไซแนปส์^{[ 8 ]}เซลล์ประสาทที่แตกแขนงมากกว่า เช่นเซลล์ประสาทพีระมิดจะพึ่งพาการรวมเชิงพื้นที่ของอินพุตหลายตัวเพื่อสร้างสไปค์เดนไดรต์ที่แพร่ไปข้างหน้า การแพร่ไปข้างหน้ายังไม่เป็นที่เข้าใจดีนัก และมีการวิจัยมากมายในหัวข้อนี้ผู้เชี่ยวชาญส่วนใหญ่คิดว่า

ปรากฏการณ์นี้ไม่เกิดขึ้นในเซลล์ประสาทนอกสมอง

การปลดปล่อยกลูตาเมตด้วยโฟตอนสองตัว ซึ่ง เป็นการกระตุ้นด้วยแสงชนิดหนึ่ง ได้ กลายเป็นเครื่องมือหลักในการศึกษาสไปค์เดนไดรต์เนื่องจากมีความแม่นยำสูง^{[ 19 ]}

การบันทึก แบบ Patch clampใช้ในการวัดกิจกรรมทางไฟฟ้าในเซลล์ประสาท เทคนิคนี้ใช้ไมโครปิเปตแก้วปลายเปิดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1 ไมโครเมตรเพื่อดูดเยื่อหุ้มเซลล์ ปิเปตจะถูกเติมด้วยสารละลายไอออนิก และวางลวดเงินไว้ในสารละลายเพื่อนำและขยายสัญญาณไฟฟ้า สารละลายไอออนิกสามารถเปลี่ยนแปลงได้ และสามารถส่งยาผ่านไมโครปิเปตเพื่อศึกษาผลของกระแสไฟฟ้าภายใต้เงื่อนไขต่างๆ มักใช้สารต้านตัวรับและช่องสัญญาณที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้า (เช่น นิกเกิลที่ใช้ในการปิดกั้นตัวรับ NMDA) เพื่อศึกษาผลของช่องไอออนต่อการเริ่มต้นของสไปค์เดนไดรต์^{[ 10 ]}การฉีดกระแสไฟฟ้ามักจะจับคู่กับการบันทึกแบบ Patch clamp เพื่อสังเกตการปรับเปลี่ยนกระแสไฟฟ้าเนื่องจากปัจจัยการทดลองต่างๆ

วิธี การบันทึกด้วยเทโทรดยังแสดงให้เห็นว่าบางครั้งสามารถสังเกตศักยภาพของเยื่อหุ้มเดนไดรต์และศักยภาพการกระทำของเดนไดรต์ได้^{[ 20 ]}ที่น่าสนใจคือ รูปแบบการบันทึกเรื้อรังที่แสดงให้เห็นนี้ยังแสดงให้เห็นว่าคุณสมบัติแรงดันไฟฟ้าของเดนไดรต์แสดงแผนที่เชิงพื้นที่ แบบอิงตนเอง ที่เทียบได้กับเซลล์ประสาทพีระมิด ปรากฏการณ์ที่หายากนี้อาจเกิดจากปลอกเกลีย^{[ 21 ]}ที่ก่อตัวขึ้นรอบปลายเทโทรด ทำให้เกิดทะเลที่มีความต้านทานสูง คล้ายกับซีลระดับกิกะโอห์มในการบันทึกแบบแพทช์ซึ่งช่วยให้สามารถวัดแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กและเฉพาะที่ได้

เทคนิค การย้อมสีและการติดฉลากมักใช้ในกล้องจุลทรรศน์เพื่อช่วยระบุโครงสร้างเฉพาะในเซลล์ การย้อมสีมักเกี่ยวข้องกับการใช้สีย้อมที่ถูกดูดซับโดยโครงสร้างเซลล์ต่างๆ ในอัตราที่แตกต่างกัน การติดฉลากเกี่ยวข้องกับการใช้ฟ ลูออ เรสเซนซ์เพื่อระบุโมเลกุลเฉพาะฟลูออโรฟอร์ ซึ่งเป็นโมเลกุลเรืองแสง อาจถูกติดโดยตรงหรือติดกับแอนติบอดีเพื่อตรวจจับเป้าหมายเฉพาะ ในกรณีของเดนไดรต์สไปค์ การย้อมสีและการติดฉลากใช้เพื่อระบุและวัดปริมาณของช่องสัญญาณที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าบางชนิด ตัวอย่างเช่นแอนติบอดีโพลีโคลนอลของ กระต่าย ที่สร้างขึ้นจากลำดับเปปไทด์สังเคราะห์ถูกนำมาใช้เพื่อระบุการมีอยู่ของช่องโซเดียม Nav1.2, Nav1.3 และ Nav1.6 ในเดนไดรต์ของเซลล์ประสาทโกลบัสพัลลิ ดัส ^{[ 8 ]}

การสร้างแบบจำลองทางคอมพิวเตอร์ของเซลล์ประสาท หรือโครงข่ายประสาทเทียมได้กลายเป็นเครื่องมือที่ได้รับความนิยมอย่างมากในการศึกษาคุณสมบัติของการส่งสัญญาณประสาท แบบจำลองเหล่านี้มีพื้นฐานมาจากโครงข่ายประสาททางชีววิทยา การสร้างแบบจำลองทางคอมพิวเตอร์สามารถใช้ศึกษาเซลล์ประสาทเดี่ยว กลุ่มเซลล์ประสาท หรือแม้แต่โครงข่ายเซลล์ประสาทได้ สาขานี้ได้รับความสนใจอย่างมากและเป็นเครื่องมือสำหรับทุกสาขาของการวิจัยทางประสาทวิทยาศาสตร์ รวมถึงการเริ่มต้นการเกิดสไปค์ของเดนไดรต์ด้วย