神经轴突内信号传播形式-理论神经信息学初探

在轴突中，信息主要是以离子浓度波的形式传递的。它的传播规律是按可激发介质动力学的规律进行的。

文献［7］和［8］等对轴突中信号的传输都有同样的解释。在无髓神经元轴突传导的情况下，在某一时刻产生动作电位的区域称为活动区（见图3.13），这也是动作电位峰值所在区。在活动区内，膜内为正电荷，而邻近活动区，如向前（将会出现动作电位）或向后（已经出现过动作电位），膜内则为负电荷。膜外电位分布如图3.13所示。这种电荷的分布都是离子通道作用的结果，或者说离子通道的作用使沿轴突各处的离子浓度不同，形成了轴突内的离子浓度波。一小段活动区的兴奋会在它的邻近产生电场（见图3.13），当电场强度达到一个阈值时，会促使邻近区域离子通道激活，使邻近区域离子浓度产生很大变化，从而达到兴奋，形成一个脉冲，而此时原活动区会自动恢复到原来的静息状态。这一过程完成了神经脉冲向邻近传递的一步，这种传递是以离子波的形式进行的。照理这种过程应该在活动区两边同时进行，但是活动区兴奋时，正好它的左边邻近区刚过了兴奋期后的不应期，这就保证了脉冲信号只朝右边传播。这是可激发介质动力学的特性，而且这种传递的波形并不取决于输入信号的形状，只和当地的特性（包括壁面离子通道和该区段的生化特性）有关，均匀的轴突波形将保持不变，对此已有实验证明［5，9］。如果在图3.13中轴突右端加一刺激，则波形会向左传播。人们对树突中的传播方式有种种争议，但是有一点可以肯定，树突中也存在动作电位，只是动作电位波形和性质有些不一样，对于是否所有树突中都有动作电位，也有种种意见。近期，关于这方面的文章不少，已有实验证明，刺激不同的地方会改变信号传输方向［10-11］。这种信号传递的速度直接与当地参数有关，文献［12］指出，当轴突直径大时，速度就快。应该说，这种现象在树突中的表现更有意义（后面几章将会进一步讨论）。

(www.xing528.com)

图3.13　信号在神经树突或轴突中传递

实际上，整个细胞膜上都有离子通道，整个细胞内都是以可激发介质动力学的过程进行脉冲信号波的传递的。只是在胞体处由于体积变大，各种参数与树突处不同，所以传递速度和波形不一样。