الخلية العصبية تدرك الإشارات الكهربائية، تماماً كميكروفون فائق الحساسية يلتقط أدق الاهتزازات. «جهاز سمعها» هو القنوات الأيونية، وهي مسام بروتينية في الغشاء الخلوي تفتح استجابةً للتغير في الجهد عبر الغشاء الناتج عن حركة الجسيمات المشحونة. ومع ذلك، فإن هذا التدفق الأيوني يصاحبه حتماً تشويش يحد من دقة معالجة المعلومات. أول ما يظهر هو ضجيج الطلقات (shot noise) — تذبذبات منفصلة ناتجة عن أن كل أيون يعبر القناة بشكل مستقل، محدثاً «صدمة» كهربائية مجهرية، تماماً كما تسقط قطرات المطر بشكل عشوائي على سطح صفيح. بالنسبة لقناة أيونية واحدة، يضع هذا الضجيج حداً لدقة تسجيل الجهد عند حوالي 10 ميلي فولت.

أما عندما تتشكل الإشارة من العمل الجماعي لمئات القنوات، فإن تذبذبات الطلقات تتوسط إحصائياً، ويظهر مصدر أساسي آخر لعدم اليقين في المقدمة — وهو الضجيج الحراري، المعروف أيضاً بضجيج جونسون-نيكويست. هذه هي الحركة الفوضوية المستمرة للجزيئات الناتجة عن الطاقة الحرارية؛ وفي الدوائر الكهربائية تظهر كتذبذبات عشوائية في الجهد عبر مقاومة الغشاء. لا يمكن التخلص من الضجيج الحراري من حيث المبدأ، لأنه ناتج عن درجة حرارة الوسط نفسه، وهو الذي يحدد العتبة السفلية المطلقة لحساسية الخلية العصبية.

من الجدير بالذكر أن الانتقال من هيمنة ضجيج الطلقات إلى هيمنة الضجيج الحراري يحدث عند تلك الكثافات من توزيع القنوات الأيونية الموجودة في الخلايا العصبية الحقيقية. ففي التل المحوري — وهو الجزء المتخصص من الخلية العصبية حيث تتولد جهود الفعل وتكون سرعة ودقة نقل الإشارة أمراً حاسماً — تكون كثافة القنوات أكبر بمئات المرات من تلك الموجودة على جسم الخلية. يشير هذا إلى أن الجهاز العصبي، عبر التطور، وصل إلى حل وسط أمثل: فهو يستخدم من الموارد الجزيئية بالقدر اللازم تماماً للعمل بالقرب من الحدود الفيزيائية التي تفرضها قوانين الديناميكا الحرارية والفيزياء الإحصائية، دون إهدار الطاقة على دقة زائدة.