离子通道小尺寸团簇的随机动力学和熵效应. 神经信息学与计算神经科学的前沿问题

Abstract

离子通道是一种能允许特定离子进出细胞的蛋白质，细胞膜上大量的离子通道决定着膜的电性能，特别是对神经细胞动作电位的激发起决定作用．近年来，人们在实验中经常观察到离子通道成团簇分布现象，如钠离子通道主要集团化分布在神经轴突上，特别是在轴突的初始段（ａｘｏｎｉｎｉｔｉａｌｓｅｇｍｅｎｔ［ＫＩＫＷＲＳ０８，ＫＬＳ０７］；而钙离子通道主要分布在神经树突上，特别是在近树突部位（ｐｒｏｘｉｍａｌｄｅｎｄｒｉｔｅ［ＢＣＧＣＶＨＭＷ００］．最近人们开始关注集团化分布的离子通道对神经元膜电行为的影响，研究团簇分布的内在机制和功能．最近的模型研究表明，通道团簇影响信号的传播能力和信息编码［ＯＳＧＨ０９］．在一些膜上，团簇的形成是一个动态的过程，并且受到离子通道状态的影响［ＳＷＳＰ０９，ＴＳＦＴ０９］，这表明离子通道团簇化不是一个偶然现象．有限大小的团簇导致通道开关动力学具有较强的随机性，这为检测“涨落行为有利于信号处理”的新理论提供了一个理想的场所，物理学家对此产生了浓厚兴趣［ＳＪ０３］．由于越小的离子通道团簇具有越大的通道噪声，那么，像随机共振和相干共振这类随机效应就转化成 系 统 尺 寸 的 随 机 共 振 和 相 干 共 振，这 是 最 近 的 一 个 研 究热点［ＧＨＪＭ９８，ＧＨＪＭ０９］