Hodgkin-Huxley神经元中的能量与信息

神经元产生动作电位是一个能量消耗高昂的过程，评估维持神经元信号活动所需的代谢能量是一项具有实际意义的挑战。神经元模型常被用于表示真实神经元的动力学，但很少用于评估维持该动力学所需的电化学能量。本文讨论了将Hodgkin-Huxley电路解释为真实生物神经元能量模型的方法，并利用该模型评估通过电突触（即间隙连接）耦合的神经元之间信息传递的代谢能量消耗。我们表明，对于单个突触后神经元，以每消耗一个ATP分子所传递的互信息比特数衡量的最大能量效率需要最大的能量消耗。相反，对于平行突触后神经元群组，我们确定了突触电导的某些值，在这些值下，信息传递的能量效率在相对非常低的代谢能量消耗下呈现明显的最大值。与预期相反，最佳性能出现在低能量消耗下。