神經(jīng)微管振動(dòng)產(chǎn)生納米尺度內(nèi)電磁場(chǎng)作用*

王艷紅 王磊 武京治?

1) (中北大學(xué)信息與通信工程學(xué)院, 太原 030051)

2) (中北大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院, 太原 030051)

生物體經(jīng)過(guò)神經(jīng)元進(jìn)行信息處理產(chǎn)生指令, 控制各種功能和活動(dòng).神經(jīng)元可通過(guò)神經(jīng)微管維持動(dòng)態(tài)生長(zhǎng), 輔助蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)等, 微管蛋白可產(chǎn)生電磁信號(hào)進(jìn)行信息交換.微管蛋白具有強(qiáng)極性分布, 本文通過(guò)研究微管不同振動(dòng)模式產(chǎn)生的電磁特性, 分析微管周圍的電磁場(chǎng)分布和相互作用.結(jié)果表明, 微管蛋白在太赫茲波段有眾多振動(dòng)模式.在多微管間納米尺度內(nèi), 細(xì)胞溶液介電系數(shù)在太赫茲波段隨頻率增加而減小, 在相鄰微管間可產(chǎn)生強(qiáng)于熱噪聲的電磁場(chǎng).合理調(diào)節(jié)微管長(zhǎng)度、振動(dòng)振幅等參數(shù)可能獲得溶液中可探測(cè)太赫茲電磁場(chǎng).微管振動(dòng)產(chǎn)生電磁場(chǎng), 可用于疾病診斷和腦機(jī)接口等.

1 引 言

人體神經(jīng)元通過(guò)神經(jīng)遞質(zhì)和電信號(hào)等進(jìn)行信息交換, 形成復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò), 控制身體的各種功能和思維意識(shí)等高級(jí)神經(jīng)活動(dòng), 在腦機(jī)交互、疾病診斷等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用.目前, 腦機(jī)接口的信號(hào)提取基于傳統(tǒng)電脈沖理論, 信號(hào)帶寬僅為kHz,限制信號(hào)處理速度[1-3].近年來(lái), 有理論提出神經(jīng)系統(tǒng)中含有太赫茲電磁信息, 并實(shí)驗(yàn)測(cè)量了神經(jīng)細(xì)胞等的太赫茲特性[4].神經(jīng)細(xì)胞中存在眾多極性分子如微管蛋白、膜蛋白等, 在細(xì)胞環(huán)境中分子振動(dòng)可產(chǎn)生高頻電磁場(chǎng)[5-9].研究極性分子的電磁場(chǎng)產(chǎn)生機(jī)理和傳輸特性, 對(duì)腦機(jī)交互發(fā)展具有重要意義.有研究表……