Nella collinetta dell’assone si sommano sia i potenziali postsinaptici inibitori (IPSPs) che i potenziali postsinaptici eccitatori (EPSPs) e, una volta superata una soglia di attivazione, un potenziale d’azione si propaga attraverso il resto dell’assone (e “all’indietro” verso i dendriti come si vede nella backpropagation neurale). L’innesco è dovuto al feedback positivo tra i canali del sodio voltaggio-gati altamente affollati, che sono presenti alla densità critica nella collinetta dell’assone (e nei nodi di Ranvier) ma non nel soma.
Nel suo stato di riposo, un neurone è polarizzato, con il suo interno a circa -70 mV rispetto all’ambiente circostante. Quando un neurotrasmettitore eccitatorio viene rilasciato dal neurone presinaptico e si lega alle spine dendritiche postsinaptiche, i canali ionici ligando-gated si aprono, permettendo agli ioni di sodio di entrare nella cellula. Questo può rendere la membrana postsinaptica depolarizzata (meno negativa). Questa depolarizzazione viaggerà verso la collinetta dell’assone, diminuendo esponenzialmente con il tempo e la distanza. Se diversi di questi eventi si verificano in un breve periodo di tempo, la collinetta dell’assone può diventare sufficientemente depolarizzata per l’apertura dei canali del sodio legati al voltaggio. Questo dà inizio a un potenziale d’azione che si propaga lungo l’assone.
Man mano che il sodio entra nella cellula, il potenziale della membrana cellulare diventa più positivo, il che attiva ancora più canali del sodio nella membrana. L’afflusso di sodio alla fine supera l’efflusso di potassio (attraverso i canali del potassio a due domini o i canali di perdita, iniziando un ciclo di feedback positivo (fase ascendente). A circa +40 mV, i canali del sodio voltaggio-gati cominciano a chiudersi (fase di picco) e i canali del potassio voltaggio-gati cominciano ad aprirsi, spostando il potassio lungo il suo gradiente elettrochimico e fuori dalla cellula (fase discendente).
I canali del potassio mostrano una reazione ritardata alla ripolarizzazione della membrana e, anche dopo che il potenziale di riposo è stato raggiunto, un po’ di potassio continua a fluire fuori, risultando in un fluido intracellulare che è più negativo del potenziale di riposo e durante il quale nessun potenziale d’azione può iniziare (fase di undershoot / periodo refrattario). Questa fase di undershoot assicura che il potenziale d’azione si propaghi lungo l’assone e non verso l’alto.
Una volta che questo potenziale d’azione iniziale è iniziato, principalmente al poggio dell’assone, si propaga lungo la lunghezza dell’assone. In condizioni normali, il potenziale d’azione si attenua molto rapidamente a causa della natura porosa della membrana cellulare. Per assicurare una propagazione più rapida ed efficiente dei potenziali d’azione, l’assone è mielinizzato. La mielina, un derivato del colesterolo, agisce come una guaina isolante e assicura che il segnale non possa sfuggire attraverso i canali ionici o di perdita. Ci sono, tuttavia, delle lacune nell’isolamento (nodi di ranvier), che aumentano la forza del segnale. Quando il potenziale d’azione raggiunge un nodo di Ranvier, depolarizza la membrana cellulare. Quando la membrana cellulare è depolarizzata, i canali del sodio voltaggio-gettati si aprono e il sodio si precipita dentro, innescando un nuovo potenziale d’azione.