太烫了！当我们的指尖擦过热炉子时，热感受器会发出警报。信息以每小时300公里的速度穿过神经系统到达大脑，在那里它立即得到关注。肌肉接收到指令，将手指从表面移开。
这些信息——编码为电脉冲——不断地流经我们的神经系统。它们不仅防止我们被热炉子烫伤手指，而且还使我们能够生存。
一个世纪前，一些神经生理学家认为，这些脉冲通过不间断的路径传播，在一个类似于房屋中的电缆或水管的系统中。另一些人则认为，每个神经元都是一个孤岛。今天我们知道，双方都部分正确[参见R.道格拉斯·菲尔兹的《超越神经元学说》；《大众科学思维》，六月/七月]。大多数神经元通过称为神经递质的信使化合物进行交流，这些化合物穿过细胞之间的间隙或化学突触。然而，一些神经元也具有与其他细胞物理连续的管道状连接，科学家称之为电突触。
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电的速度
尽管化学突触受到了最多的关注，但早在20世纪中期就存在电替代方案的证据。1957年，神经生理学家埃德温·弗什潘和大卫·波特（现均为哈佛医学院荣誉退休教授）首次报道在小龙虾的巨型运动神经元中发现直接的电信号传导。那一年，现任职于阿尔伯特·爱因斯坦医学院的迈克尔·V·L·贝内特描述了他在河豚毒素方面的工作中出现的相同现象，河豚毒素是由河豚（有时是致命的）美味河豚产生的，在日本料理中备受喜爱。在很长一段时间里，对电突触的进一步研究几乎与河豚制备一样具有异国情调。直到最近几年，科学才在分子水平上揭示了细胞的工作原理。
电突触相对于化学突触的优势是显而易见的：通过省略神经递质中间人，电突触以更高的速度将脉冲从一个神经元传导到下一个神经元。化学突触分泌神经递质，神经递质必须穿过突触间隙才能传递信息。整个过程大约需要半毫秒。这看起来可能很快，但对于许多生理过程——例如河豚的飞行反射，在此期间它会瞬间翻转尾巴以逃避捕食者——来说，速度太慢以至于无法生存。在这种情况下，电突触正在发挥作用，几乎没有延迟地传递信号。
突触的秘密
它们是如何工作的？连接的膜蛋白在神经元之间形成一个通道。中间有一个孔，带正电的粒子或离子可以从一个细胞流入下一个细胞。在那里，通过一种受控的短路，它们引起一个称为动作电位的脉冲，然后可以通过下一个细胞将其发送出去。
电突触似乎在大群神经元的同步放电中发挥作用，正如布朗大学的巴里·康纳斯和德国海德堡大学汉娜·莫尼尔斯实验室在2001年独立发现的那样。研究人员发现，在缺乏创建电突触基因的小鼠中，神经细胞无法在30-60赫兹范围内有节奏地放电。此外，电突触在某些中间神经元（仅与其他神经元通信）的大脑皮层和海马体中尤其突出。这些细胞反过来抑制或帮助调节处理感觉感知和控制肌肉运动的更高级别神经网络。显然，通过电突触连接的中间神经元通过将刺激转化为有节奏的放电，然后将这些节律传播到很远的距离来过滤涌入的数据洪流。因此，电突触产生节律活动的快速传播，几乎同时激活不同的脑区。
由于电突触在电子显微镜下的外观，因此被称为间隙连接。这些快速接触集中在某些区域，在这些区域中，大群细胞的精确同步至关重要。例如，间隙连接传递电刺激，使心脏能够协调收缩。它们也存在于嗅球、脑干中心、视网膜和海马体中的锥体细胞中，在那里它们参与一种特殊的记忆存储类型。
电突触的快速通信在胚胎发育期间非常重要。在发育中的啮齿动物大脑中，间隙连接将未分化的干细胞（更成熟神经元的前体）耦合在一起。这些突触尚不具备同步电活动的能力，因为前体细胞无法放电。相反，它们参与控制细胞分裂，正如现任职于加州大学旧金山分校的阿诺德·克赖格斯坦在2004年所展示的那样。当研究人员抑制胚胎细胞的间隙连接耦合时，细胞分裂完全失控。前体细胞数量的受控增加对于大脑成熟至关重要，因为细胞必须从大脑的充满液体的内部区域移动到周围组织中，这些组织稍后会发育成单独的脑区。当神经元前体细胞解耦时，后果是致命的。
出生后，电突触继续在大脑发育中发挥关键作用。在出生后的头两周内，大鼠的几乎所有神经元之间都存在这些细胞连接。正如现任职于匹兹堡大学的卡尔·坎德勒和已故的杜克大学的劳伦斯·C·卡茨在1998年描述的那样，随着这些细胞连接的数量下降，化学突触的数量增加。它们的自发发展可能有助于塑造未成熟的回路。随着神经元回路成熟并创建自己的化学突触来处理感官体验，大多数间隙连接逐渐消失。
电突触出生后的繁荣反映了间隙连接代表着细胞通信的古老原则。即使是简单的多细胞生物，如海鞘和海绵，也具有间隙连接。令人惊讶的是，电突触在哺乳动物发育中的神经系统中很早就出现，而化学突触直到出生后才出现。显然，电连接旨在保持神经元之间的通信，直到建立最终的化学连接。当电突触将接力棒传递给它们的化学同胞时，它们为复杂大脑的构建扫清了道路。
间隙连接出错
间隙连接的缺陷似乎在许多神经系统疾病中起作用。例如，在癫痫发作中，跨越多个脑区的大量神经元同步放电[参见克里斯蒂安·霍普的《控制癫痫》；《大众科学思维》，六月/七月]。所有证据都表明电突触的参与：它们存在于一个神经元网络中，该网络通常负责抑制攻击发生的上位神经系统；科学家们已经观察到由大脑孤立区域中电耦合的神经元群体的癫痫样放电；2004年，日内瓦大学的克里斯托夫·马斯领导的研究人员发现，在一种遗传性癫痫中，编码电突触中主要蛋白质的基因发生了改变。鉴于最近的发现，未来可能可以使用降低电突触兴奋性的药物来治疗某些形式的癫痫。
间隙连接也可能与中风的后遗症有关。神经科医生长期以来一直想知道，为什么受损区域的大小在中风事件发生后持续扩大数小时，远远超出最初受影响的区域。减少这个像光环一样环绕原始受损组织部位的半影区，将构成中风治疗的巨大进步。
解决半影区损伤的关键很可能在于星形胶质细胞，这是一种因其星形形状而得名的非神经元细胞。像护士一样，这些细胞确保它们周围的神经元获得均衡的离子、神经递质和生长因子饮食。星形胶质细胞本身通过无数的间隙连接相互耦合，从而实现分子的大量交换。因此，这个网络也可能分配由大量脑组织死亡产生的有害代谢产物，从而损害并非直接被中风杀死的细胞。
对这些直接神经细胞接触的研究是否会提供有希望的新疗法还有待观察。可以肯定的是，电突触已经失去了“壁花”的地位，现在正在作为引人入胜且重要的研究对象占据其应有的地位。