动作电位的本质

我们证明，我们最近发展的关于各向异性非均匀脑组织中电场波传播的理论，不仅已能解释广泛观测到的相干同步脑电过程，也能解释单个神经元的放电行为，从而弥合了脑电活动基本单元（神经元）与大规模相干同步电活动之间的鸿沟。我们的分析表明，轴突细胞系统的膜界面在数学上可由一个含多个小参数的非线性系统描述。这使得我们可以通过形式化的小参数展开，严格推导出一个精确但更简单的非线性模型。由此得到的动作电位模型展现出从线性波振荡区到非线性放电区的平滑连续过渡，以及向非振荡区的临界转变。这些转变随临界性参数的变化而发生，并包含多种不同的分岔类型，代表了实验检测到的各种神经元类型。这一新理论克服了Hodgkin-Huxley模型的局限性，例如无法解释细胞外放电、高效脑同步、沿有髓轴突的跳跃传导以及各种其他观测到的相干宏观脑电现象。我们还证明，通过使用分段均匀和各向同性这一非常粗略的假设，我们的方法可以恢复标准的电缆轴突理论。然而，电缆方程描述的扩散过程无法支持在实验报道的广泛轴突参数范围内进行动作电位传播。