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Cuando la señal eléctrica alcanza el extremo del axón, éste estimula en la célula unas pequeñas vesículas presinápticas. Estas vesículas contienen sustancias químicas llamadas neurotrasmisores y son liberadas en el espacio submicroscópico que existe entre las neuronas (hendidura sináptica). El neurotrasmisor se une a receptores especializados sobre la superficie de la neurona adyacente. Este estímulo provoca la despolarización de la célula adyacente y la propagación de su propio potencial de acción. La duración de un estímulo procedente de un neurotrasmisor está limitado por su degradación en la hendidura sináptica y su recaptación por la neurona que lo había elaborado. Antes se pensaba que cada neurona elaboraba sólo un neurotrasmisor pero estudios recientes han demostrado que algunas células elaboran dos o más.