动作电位产生和传输过程高效节能的动力学机制

【摘要】：大脑皮层能够以数瓦特的能量功率进行一千兆次的计算操作,产生高级认知和信息处理功能。而世界上最先进的超级计算机执行类似的运算操作要消耗一百万瓦特能量功率。这种巨大差异说明大脑拥有接近完美的高效节能的能量优化机制,相关研究可能会成为一个新的突破点来揭示大脑的工作机制。脑皮层电信号能量优化机制可能不仅体现在脑皮层神经网络的最佳电缆布线方式,而且更多地体现在单个神经元层次上产生和传输电信号的生物物理机制上。我们通过理论计算神经科学结合实验电生理方法,对脑皮层动作电位产生和传输过程中的耗能机制和节能效率机制进行了系统研究。研究发现,哺乳动物温暖的体温这一生理特征是导致钠、钾离子通道动力学加速、因此优化动作电位能量效率达到理论最高值的关键生理因素。由此提出了体温促进动作电位能量效率这一理论机制,并得到了实验证据的支持和验证。我们还系统研究了神经元轴突的物理学参数对动作电位在产生和传输过程中的耗能效率影响。这些结果将有助于对目前广泛应用的脑功能核磁共振技术所测量的脑血氧代谢信号有比较合理的解释. 【作者单位】：复旦大学计算系统生物学中心
【分类号】：Q42
【正文快照】： 动作电位产生和传输过程高效节能的动力学机制@于玉国$复旦大学计算系统生物学中心大脑皮层能够以数瓦特的能量功率进行一千兆次的计算操作,产生高级认知和信息处理功能。而世界上最先进的超级计算机执行类似的运算操作要消耗一百万瓦特能量功率。这种巨大差异说明大脑拥有接

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