神经电刺激的基本原理
将一对刺激电极置于神经轴突的外表面并通以直流电时，所产生的兴奋并非简单地单向传导，其方向和特性高度依赖于电极的极性配置与电流的流向。根据经典的“电紧张电位”理论和电生理学原理，直流电会在电极下方的膜局部形成跨膜电位差。具体而言，在电流流出轴突膜的区域（阳极下方），膜发生超极化，兴奋性降低；而在电流流入轴突膜的区域（阴极下方），膜发生去极化。当阴极下方的去极化达到阈电位时，即可引发一个可传导的动作电位。因此，兴奋最可能首先在阴极下方产生。
兴奋的引发与传导方向
兴奋一旦在阴极下方被引发，动作电位将同时向轴突的两个方向进行传导，这是由局部电流机制决定的。然而，在实际的直流电刺激中，兴奋的持续引发和传导会面临复杂情况。由于直流电的持续作用，阴极下方膜电位可能因长时间去极化而进入失活状态，导致兴奋性暂时丧失。更重要的是，动作电位在向两个方向传播时，当它到达阳极下方的超极化区域时，其传导可能被阻断或减弱，因为超极化状态使膜电位远离阈电位，阻碍了局部电流的有效形成。这种现象被称为“阳极阻断”。
实验与应用中的关键考量
因此，在实验或临床应用中，使用直流电进行神经刺激时，必须谨慎考虑电极的放置和刺激参数。通常采用短暂的脉冲电流而非持续直流电，以避免极化效应和神经损伤，并能更精确地控制兴奋的引发。理解“阴极兴奋、阳极抑制”这一核心规律，对于深部脑刺激、功能性电刺激等技术的设计与安全实施至关重要。它揭示了外部电场操控神经活动的微观机制，即通过改变局部膜的极化状态来定向地启动或抑制神经信号的传导。