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神経細胞の内外のイオン分布と細胞膜のイオン透過性によって，細胞内は細胞外に比べて陰性に分極している．細胞内ではK+濃度が，細胞外ではNa+やCl-の濃度が高く，細胞膜はK+を選択的に通すためにK+は細胞外に移動しやすい．しかし，細胞膜に興奮を与えると，イオン透過性が変化し，細胞内にNa+が流入して，膜電位は正方向に変化する．これを脱分極という．これに対して，膜電位が負の方向に変化することを再分極，静止電位を超えてさらに負の電位となることを過分極という．
