机械表面波伴随动作电位传播
神经元与认知
2015-06-22 v2 软凝聚态物质
生物物理
摘要
许多研究表明，定义动作电位（AP）的电脉冲伴随着轴突膜的机械位移。尽管存在大量且多样的实验证据，但对于这种机械波的物理基础及其与电信号的相互依赖性，理论上尚未达成共识。在本文中，我们提出了一个模型，将这些机械位移描述为由表面波模式驱动而产生，其中势能存储于神经元膜和细胞骨架的弹性属性中，而动能由轴浆流体携带。在我们的模型中，这些表面波由表征 AP 的行进电去极化波驱动，该波在通过时改变了跨膜的压缩静电力。这种驱动导致了共传播的机械位移，我们称之为动作波（Action Waves, AWs）。我们的 AWs 模型允许我们根据弹性常数、轴突半径以及轴浆密度和粘度，预测伴随任何电压行进波（包括由 Hodgkin 和 Huxley (HH) 方程预测的 AP）的 AWs 形状。我们表明，该模型的预测结果与包括雀鳝嗅神经和乌贼巨轴突在内的实验系统结果一致。我们期望该模型能作为一个框架，用于理解这些 AWs 在神经生物学中的物理起源及其可能的功能作用。
引用
@article{arxiv.1407.7600,
title = {Mechanical Surface Waves Accompany Action Potential Propagation},
author = {Ahmed El Hady and Benjamin B. Machta},
journal= {arXiv preprint arXiv:1407.7600},
year = {2015}
}
备注
6 pages 3 figures + 2 page supplement