理化所提出基于量子限域离子超流体的神经信号传输过程

2019-01-14 22:25:22 vela 0

    传统的Hodgkin-Huxley模型认为,神经信号传输是通过动作电位沿着神经元轴突进行传播,动作电位是由K+/Na+在Na/K泵的离子扩散产生的,而其余大部分Na/K泵是静止的。这种离子流体是熵驱动的无序流体,离子扩散过程需要消耗大量能量,类似于多米诺骨牌效应,传播速度相对较慢(~1 m/s),不适用于解释神经信号的超快传输。

  近日,中国科学院理化技术研究所仿生智能界面科学中心在Nano Research 发表了题为Quantum-confined ion superfluid in nerve signal transmission 的文章,提出了基于量子限域离子超流体(QISF)的神经信号传输过程,认为QISF是焓驱动的限域有序流体,K+/Na+同时在所有Na/K泵通道进行快速传输,离子传输过程没有能量损耗,并产生沿着神经元轴突超快传播的QISF波,作为神经信号传输的信息媒介。QISF波和动作电位在传播过程中不相干。同时发现K+和Na+的德布罗意波长比直径小一个数量级,但原则上离子的德布罗意波长应远大于离子直径,表明德布罗意波长公式不适用于描述离子在生物通道中的量子效应。

  QISF过程的提出,不仅为神经和大脑中超快信号传输的合理解释提供了新的视角,而且对离子、分子和粒子的物质波理论提出了挑战。

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图片关键词 

神经信号传输中的QISF波与动作电位