Una vegada recorregudes les distàncies més llargues de la comunicació intercel·lular gràcies a la diferenciació morfològica de les neurones, la comunicació ha de ser ràpida, molt més que l’hora del transport axonal anterògrad de la nostra neurona motora del capítol anterior, i més que els segons llargs del transport vascular d’hormones. El mecanisme vascular de comunicació té una limitació important: la gran longitud dels vasos. En una persona s’acosta als 100.000 quilòmetres (105). També és una limitació la velocitat del flux sanguini, de 33 centímetres per segon en les artèries a 0,3 centímetres per segon en els capil·lars que fan la distribució final a les cèl·lules receptores dels mediadors. En la pràctica, una molècula senyalitzadora (la insulina alliberada des del pàncrees posem per cas) pot tardar més d’un minut a acostar-se a les seves dianes. En molts casos, aquest «retard» no té un significat negatiu, si no hi ha pressa i no ve d’un parell de minuts.
Les neurones, però, utilitzen per senyalitzar una peculiar forma rapidíssima de generar corrents elèctrics suportats per canals d’ions. En la membrana de la prolongació axonal, un primer canal de sodi pot augmentar la probabilitat d’obertura i deixar entrar sodi positiu dintre de l’axó si detecta activitat elèctrica important en la seva proximitat. L’entrada inicial de sodi actua sobre el següent canal que és impel·lit a repetir el procés, i s’estableix una cadena que conclou en arribar a les terminacions axonals. Aquests senyals poden ser conduïts al llarg de l’axó a prop de 120 metres per segon (400 km/h) en el cas dels axons més gruixuts i més ben aïllats, com la nostra neurona. La relació que es mostra a continuació ens diu que en 9 x 10-3 segons (9 mil·lisegons) un senyal emès per la motoneurona lumbar arriba al múscul flexor del peu que hem considerat i, naturalment, provoca la contracció del grup de cèl·lules musculars a les quals innerva (una neurona i les cèl·lules musculars que innerva és una unitat motora).
1 h (3600 segons) / 400 km (400.000 metres) = 0.009 segons
En un altre exemple, podem considerar una neurona petita de 20 micròmetres en algun nucli del cervell (un nucli és una col·lecció de neurones agrupades i relacionades funcionalment), que projecta un axó de 3 micròmetres de diàmetre a una distància d’un mil·límetre. Atès el petit diàmetre de l’axó, podria conduir a una velocitat d’uns 30 metres/segon. Així, el senyal podria tardar 33 microsegons a arribar a la diana i normalment menys d’un mil·lisegon.
Malgrat que les optimitzacions aconseguides per les neurones a fi de recórrer la distància i aconseguir velocitat són una gran troballa evolutiva, el mecanisme de secreció de les molècules senyalitzadores (neurotransmissors) per part de les neurones és el mateix que a tot arreu, el clàssic, l’exocitosi. Aquest mecanisme implica la fusió de vesícules carregades amb el neurotransmissor amb la membrana de la terminació nerviosa (membrana presinàptica) en les sinapsis. El neurotransmissor ha de travessar la distància de pocs nanòmetres fins a interaccionar amb les molècules receptores de la membrana de la diana (postsinàptica). Un mecanisme exocitòtic com aquest, en altres cèl·lules pot tardar alguns segons quan és estimulat, cosa que no té gaire transcendència si, posem per cas, se secreta moc protector en la superfície de l’estómac durant la digestió. En la comunicació neural ens movem en l’ordre de pocs mil·lisegons, com hem vist, i no és qüestió ara d’introduir un retardament de segons. Així que, en les terminacions nervioses, com una millora evolutiva per augmentar l’eficàcia de la comunicació, s’ha diferenciat una maquinària molecular sofisticada que garanteix que sempre hi hagi vesícules preparades, associades directament amb la membrana presinàptica (en les zones actives), per obrir-se i secretar el neurotransmissor. En aquestes zones també se situen els canals de calci que, en deixar entrar aquest ió directament a prop de les vesícules quan arriba un senyal des del cos de la neurona, promou l’alliberament immediat. El resultat és l’associació final de la vesícula amb les molècules anomenades Munc18, SNAP-25, Sintaxina i Complexina, que, treballant conjuntament com un ressort, estiren la vesícula per permetre la fusió de la seva membrana amb la de la cèl·lula, la formació d’un porus i la sortida de neurotransmissor.
L’eficàcia d’aquesta maquinària permet molta rapidesa en la neurotransmissió. Des del moment que arriba un senyal (un potencial d’acció) a la terminació nerviosa presinàptica, s’obren els canals de calci, l’ió entra, s’activa el ressort de l’exocitosi, el neurotransmissor comença a travessar l’espai fins als receptors postsinàptics i comença a activar-los, passen no gaire més de 50 microsegons. Per concloure tot el procés, transcorre al voltant d’un mil·lisegon, que no introdueix cap retard significatiu en la senyalització.