Una neurona percibe señales eléctricas como un micrófono ultrapreciso que capta las vibraciones más sutiles. Su "aparato auditivo" son los canales iónicos, poros proteicos en la membrana celular que se abren en respuesta a cambios en el voltaje transmembrana, generados por el movimiento de partículas cargadas. Sin embargo, en este flujo iónico siempre hay interferencias que limitan la precisión del procesamiento de información. Primero aparece el ruido de disparo: fluctuaciones discretas causadas por el hecho de que cada ion atraviesa el canal de forma independiente, produciendo un "golpe" eléctrico microscópico, similar a como las gotas de lluvia golpean al azar un techo de hojalata. Para un solo canal iónico, este ruido establece un límite a la precisión en la detección de voltaje de aproximadamente 10 milivoltios.

Cuando la señal se forma por la acción conjunta de cientos de canales, las fluctuaciones de disparo se promedian estadísticamente y pasa a primer plano otra fuente fundamental de incertidumbre: el ruido térmico, también conocido como ruido de Johnson-Nyquist. Este es el movimiento caótico e incesante de las moléculas, debido a la energía térmica; en circuitos eléctricos se manifiesta como fluctuaciones aleatorias de voltaje en la resistencia de la membrana. El ruido térmico es imposible de eliminar en principio, ya que lo genera la propia temperatura del entorno, y es precisamente él quien fija el umbral absoluto de sensibilidad de la neurona.

Es notable que la transición del dominio del ruido de disparo al dominio del ruido térmico ocurra precisamente a las densidades de distribución de canales iónicos que se encuentran en las neuronas reales. Así, en el cono axónico —la región especializada de la neurona donde se generan los potenciales de acción y donde la velocidad y precisión de la transmisión de señales son críticas— la densidad de canales es cientos de veces mayor que en el soma. Esto indica que, a lo largo de la evolución, el sistema nervioso ha alcanzado un compromiso óptimo: utiliza exactamente los recursos moleculares necesarios para operar cerca de los límites físicos impuestos por las leyes de la termodinámica y la física estadística, sin gastar energía en una precisión excesiva.