10、单神经元模型：从基础理论到霍奇金 - 赫胥黎模型

单神经元模型：从基础理论到霍奇金 - 赫胥黎模型

1. 神经元与单神经元模型概述

神经元通常被视为神经系统的结构和功能单位，也是信息处理的基本单元。在神经科学历史中，神经元是研究较为深入且最早建立数学模型的对象。众多不同的神经元模型不断发展，其中霍奇金和赫胥黎的神经元膜模型被视为计算神经科学的奠基性经典成果，至今仍是神经建模的试金石。

单神经元模型的研究具有重要意义，它能让我们深入了解神经元的潜在机制，为验证建模假设和模拟结果预测提供新的实验思路。数学分析则能系统地揭示神经元行为的多样性，避免仅将其视为实验现象时的困惑。但需要注意的是，模型分析应能预测可通过实验验证的新现象，且模型假设不能违背基本生物学事实。

2. 霍奇金 - 赫胥黎模型的背景

2.1 早期对神经信号的认识

古代人们认为神经中有一种“精神”或流体流动使肌肉收缩，直到 Luigi Galvani 的经典实验，才知道是电信号沿神经传播。然而，神经如何产生电信号在很长时间内仍是未解之谜。

2.2 伯恩斯坦的膜理论

1840 年，意大利科学家 Carlo Matteucci 发现青蛙肌肉受损处到未受损表面有电流流动，即分界电流。随后，德国生理学家 Emil du Bois - Reymond 发现刺激时受损表面和完整表面的电位差会出现“负变化”。他的学生 Julius Bernstein 继续研究发现：
- 负变化是短暂的，持续约 1ms，且与刺激强度无关。
- 若刺激足够强，变化幅度会超调，即超过静息电位幅度，但他在解释动作电位机制时忽略了这一重要现象。
- 神经尖峰的传播速度约为 28.7m/s，