神經微管振動產生納米尺度內電磁場作用*

王艷紅 王磊 武京治?

1) (中北大學信息與通信工程學院, 太原 030051)

2) (中北大學化學工程與技術學院, 太原 030051)

生物體經過神經元進行信息處理產生指令, 控制各種功能和活動.神經元可通過神經微管維持動態生長, 輔助蛋白轉運等, 微管蛋白可產生電磁信號進行信息交換.微管蛋白具有強極性分布, 本文通過研究微管不同振動模式產生的電磁特性, 分析微管周圍的電磁場分布和相互作用.結果表明, 微管蛋白在太赫茲波段有眾多振動模式.在多微管間納米尺度內, 細胞溶液介電系數在太赫茲波段隨頻率增加而減小, 在相鄰微管間可產生強于熱噪聲的電磁場.合理調節微管長度、振動振幅等參數可能獲得溶液中可探測太赫茲電磁場.微管振動產生電磁場, 可用于疾病診斷和腦機接口等.

1 引 言

人體神經元通過神經遞質和電信號等進行信息交換, 形成復雜的神經網絡, 控制身體的各種功能和思維意識等高級神經活動, 在腦機交互、疾病診斷等領域具有廣泛的應用.目前, 腦機接口的信號提取基于傳統電脈沖理論, 信號帶寬僅為kHz,限制信號處理速度[1-3].近年來, 有理論提出神經系統中含有太赫茲電磁信息, 并實驗測量了神經細胞等的太赫茲特性[4].神經細胞中存在眾多極性分子如微管蛋白、膜蛋白等, 在細胞環境中分子振動可產生高頻電磁場[5-9].研究極性分子的電磁場產生機理和傳輸特性, 對腦機交互發展具有重要意義.有研究表……