Her bir sinir hücresinde her an çok kompleks bir dönüşüm yaşanır. Nöronlardaki iletişim, elektrokimyasal yani kimyasal habercilerin, elektrik sinyalini açığa çıkardığı bir işlemdir.
Elektriksel iletişimi anlayabilmek için öncelikle diğer bir denge mekanizmasına değinmek gerekir. Sözü edilen, sinir hücresi içindeki elektrik yüklü kimyasalların, yani iyonların oluşturduğu harika dengedir. Nöronlarda önemli görevler üstlenen iyonlar; 1 artı yüke sahip olan sodyum ve potasyum, 2 artı yüklü kalsiyum ve 1 eksi yüklü klorid iyonlarıdır. Bunlara ek olarak bazı eksi yüklü protein molekülleri bulunmaktadır.
Nöron "dinlenme" konumundayken negatif yüklüdür. Bu durumda sinir hücresi içinde, eksi yüklü proteinler ve değişik iyonlar bulunur. Nöron içindeki potasyum iyonu dış ortama oranla daha fazla, klorid ve sodyum iyonu ise daha azdır. Burada dikkat edilmesi gereken nokta, bunların rastgele dizilmiş olmayıp belirli bir dengeyi korumak için bu oranların özel olarak belirlenmiş olması ve korunmasıdır.72
Alıcı sinir hücresinin zarındaki reseptörlere bırakılan mesaj, hücre içinde adeta domino taşlarının hareketini andıran bir dizi işlem başlatır. Henüz detayları tam olarak bilinmeyen bu işlemler sırasında yüzlerce proteinin görev aldığı düşünülmektedir. Kusursuz bir düzen içinde birbiri ardına gerçekleşen bu işlemler, hücre zarındaki belirli iyon kanallarının açılmasına yol açar. Böylece hücre içine alınan sodyum iyonları, başlangıçta negatif elektrik yüklü (-70 milivolt) olan hücrenin nötr duruma geçmesine neden olurlar. Hücre içi ile dışı arasındaki iyon transferi de bir elektrik sinyalini açığa çıkarır. Hemen hatırlatalım ki, burada olabildiğince basitleştirerek anlattığımız bu işlemler, bir saniyenin binde birinden daha küçük zaman aralıklarında olup biter.
Oluşan sinyal, akson uzantısı boyunca hızlı bir yolculuk yapar ve terminallerin ucundaki sinaps noktalarında diğer hücrelere haber ulaştıracak kimyasal işlemleri başlatır. Sinyalin akson boyunca ortalama hızı saniyede 120 metredir.73 Bunun nasıl bir sürat olduğunu anlayabilmek için basit bir hesaplama yaparsak, karşımıza saatte 432 kilometrelik bir hız çıkar.
Mesajı ileten ve görevini tamamlayan sinir hücresi tekrar dinlenme konumuna geçer. Bu geçiş, sodyum ve potasyum kanallarının saniyenin binde birinden küçük sürelerde açılıp kapanmasıyla gerçekleşir. Gerçekten de ortada olağanüstü bir durum vardır. İleri teknolojiyle yapılmış bir saat olmaksızın saniyenin binde birini kontrol edemezsiniz. Böyle bir saate sahip olduğunuzu varsayalım, yine de tek bir sinir hücrenizin üzerindeki iyon kanallarının açılıp kapanmasını koordine edemezsiniz. Düşünün ki her an cereyan eden milyonlarca işlemi siz yürütmeye kalksaydınız, saniyenin sadece binde biri gibi bir zamanlama hatası, işleri içinden çıkılmaz bir duruma getirirdi.