在脊髓的前角中，存在大量運動神經元（α和γ運動神經元），它們的軸突經前根離開脊髓後直達所支配的肌肉。α運動神經元的大小不等，胞體直徑從幾十到150μm；大α運動神經元支配快肌纖維，小α運動神經地支配慢纖維。α運動神經元接受來自皮膚、肌肉和關節等外周傳入的信息，也接受從腦幹到大腦皮層等主位中樞傳的信息，產生一定的反射傳出衝動。因此，α運動神經元是軀幹骨骼肌運動反射的最後公路。

α運動神經元的軸突在離開脊髓走和肌肉時，其末梢在肌肉中分成許多小支，每一小支支配一根骨骼肌纖維。因此，在正常情況下，當這一神經元發生興奮時，興奮可傳導到受它支配的許多肌纖維，引起其收縮。由一個α運動神經元及其支配的全部肌纖維所組成的功能單位，稱為運動單位。運動單位的大小，決定於神經元軸突開梢分支數目的多少，一般是肌肉愈大，運動單位也愈大。例如，一個眼外肌運動神經元只支配6-12根肌纖維，而一個肢肌（如三角肌）的運動神經元所支配的肌纖維數目可達2000根。前者有利於肌肉進行精細的運動，後者有利於產生巨大的肌張力。同一個運動單位的肌纖維，可以和其他運動單位的肌纖維交叉分布，使其所佔有的空間範圍比該單位肌纖維截而的總和大10-30倍；因此，即使只有少數運動神經元活動，在肌肉中產生的張力也是均勻的。

γ運動神經元的胞體分散在α運動神經元之間，其胞體較α運動神經元為小。γ運動神經元的軸突也經前根離開脊髓，支配骨骼肌骨的梭內肌纖維。據觀察，前根中神經纖維的三分來自γ運動神經元。γ運動神經元的興奮性較高，常以較主頻率持續放電。在安靜和麻醉的運動中都觀察到，即使α運動神經元無放電，一些γ運動神經元仍持續放電。γ運動神經元和α運動神經元一樣，末梢也是釋放乙醯膽鹼作為遞質的。在一般情況下，當α運動神經元活動增加時，γ運動神經元也相應增加，從而調節著肌梭對牽拉刺激的敏感性。

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