全か無かの法則

生理学において、全か無かの法則（全か無かの原理、全か無かの法則と呼ばれることもある）とは、単一の神経線維が刺激されると、常に最大反応を示し、単一振幅の電気インパルスを生成するという原理である。刺激の強度や持続時間が増大しても、インパルスの高さは同じままである。神経線維は、最大反応を示すか、まったく反応しないかのいずれかである。

1871 年にアメリカの生理学者ヘンリー・ピカリング・ボウディッチによって心筋の収縮のために初めて確立されました。

誘導ショックはその強さに応じて収縮を起こすか起こさないかのどちらかであり、もし収縮を起こすとしても、その時の筋肉の状態において、あらゆる刺激の強さによって生み出される最大の収縮を起こす。

この原理は、1909年にキース・ルーカスによって骨格筋に存在することが発見されました。^[1]神経の個々の繊維も、全か無かの原理に従って刺激に反応します。^[2]

単一の活動電位を分離した最初の記録は、 1925年にエドガー・エイドリアンによって、一連のクロスカット筋繊維から行われた。1850増幅の熱電子三極管アンプを使用して、エイドリアンは、筋肉標本を吊るしたままにしておくと振動が発生するが、支えるとそのような活動は発生しないことに気付いた。 ^[3]その後、イングヴェ・ゾッターマンの助けを借りて、エイドリアンは1つの感覚繊維を分離して刺激した。繊維の外部からのインパルスは均一で、「モールス信号の点と同じくらい単純」だった。刺激の強さを操作し、結果として生じる周波数を測定したところ、f∝snの関係が得られた^{[さらに説明が必要]}。^[4]

単一の神経線維に発生する活動電位の大きさは、刺激の強さが適切であれば、その強さとは無関係である。電気刺激が閾値以下の場合、伝播するスパイク電位は発生しない。閾値以上の場合、最大の大きさのスパイク（神経インパルス）が発生する。単一の神経線維はスパイクを生成して反応しないか、その時点の条件下で最大限の能力で反応するかのいずれかである。単一の神経線維のこの特性は、全か無かの関係と呼ばれる。この関係は組織単位にのみ当てはまる。神経組織の場合、単位は神経細胞、骨格筋の場合、単位は個々の筋線維、心臓の場合、単位は心房全体または心室全体である。

しかし、刺激が弱すぎてスパイクを生成できない場合でも、局所的な電気緊張が生じ、刺激の強さに応じて電位の大きさが徐々に増加し、スパイクが生成されます。これは、スパイク生成における全か無かの関係を示しています。

上記の説明は、単一の神経線維の反応を扱っています。神経幹が刺激されると、興奮刺激が徐々に閾値を超えて増加するにつれて、より多くの線維が反応します。最小有効刺激（すなわち 閾値刺激）は、興奮性の高い線維にのみ適していますが、より強い刺激はすべての神経線維を興奮させます。刺激をさらに増加させると、神経全体の反応が増加します。

心筋は興奮性であり、外部刺激に反応して収縮します。外部刺激が弱すぎると反応しませんが、刺激が適切であれば、心臓は最大限の能力で反応します。したがって、心房または心室は単一のユニットとして動作し、適切な刺激により、通常は心房または心室のいずれかが完全に収縮します。得られる収縮の力は、筋線維の状態によって異なります。筋線維の場合、刺激が弱すぎると個々の筋線維はまったく反応しません。ただし、刺激が閾値まで上昇すると最大限に反応します。刺激の強度をさらに高めても、収縮は増加しません。刺激が強くなるほど、より多くの筋線維が活動するため、筋肉に適用される刺激の強度が増すにつれて、筋肉の緊張が増加します。

• 活性化関数