科學家提出基於量子限域離子超流體的神經信號傳輸過程

傳統的Hodgkin-Huxley模型認為，神經信號傳輸是通過動作電位沿著神經元軸突進行傳播，動作電位是由K /Na 在Na/K泵的離子擴散產生的，而其餘大部分Na/K泵是靜止的。這種離子流體是熵驅動的無序流體，離子擴散過程需要消耗大量能量，類似於多米諾骨牌效應，傳播速度相對較慢（~1 m/s），不適用於解釋神經信號的超快傳輸。

近日，中國科學院理化技術研究所仿生智能界面科學中心在Nano Research發表了題為Quantum-confined ion superfluid in nerve signal transmission的文章，提出了基於量子限域離子超流體（QISF）的神經信號傳輸過程，認為QISF是焓驅動的限域有序流體，K /Na 同時在所有Na/K泵通道進行快速傳輸，離子傳輸過程沒有能量損耗，併產生沿著神經元軸突超快傳播的QISF波，作為神經信號傳輸的信息媒介。QISF波和動作電位在傳播過程中不相干。同時發現K 和Na 的德布羅意波長比直徑小一個數量級，但原則上離子的德布羅意波長應遠大於離子直徑，表明德布羅意波長公式不適用於描述離子在生物通道中的量子效應。

QISF過程的提出，不僅為神經和大腦中超快信號傳輸的合理解釋提供了新的視角，而且對離子、分子和粒子的物質波理論提出了挑戰。

神經信號傳輸中的QISF波與動作電位

來源：中國科學院理化技術研究所

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