31、神经元离子通道与兴奋性的深入解析

神经元离子通道与兴奋性的深入解析

1. 离子通道基础

1.1 HH 模型与动力学

早期对鱿鱼巨轴突的研究中，方程（11.9）足以解释其观测到的行为。不过，由于当时霍奇金（Hodgkin）和赫胥黎（Huxley）没有高速数字计算机，他们未能充分认识到（11.9）所具有的丰富动力学特性，如双稳态、极限环振荡和爆发行为等。后来，数学家菲茨休（Fitzhugh）和纳古莫（Nagumo）团队分别独立迈出重要一步，他们发现门控参数 m、n、h 的时间尺度不同，m 的时间尺度远快于其他参数，可假设其能立即松弛，即 dm/dt = 0。若将 h 设为常数 h0，得到的双变量 FHN 方程保留了许多实验观测到的特征，FHN 方程中的动力学现象在 HH 方程中也能看到。

1.2 离子通道研究技术——膜片钳

约在霍奇金和赫胥黎工作 25 年后，膜片钳技术出现，它可精确测量单个离子通道动力学。通过结合膜片钳和电压钳，能在 -100 mV 至 +50 mV 范围内精确测量各类离子通道电导的动态变化。当电压钳开启，离子通道会有可变延迟后打开，并保持开启直到电压钳关闭。由于开启时间可变，需对多次试验进行平均，才能得到霍奇金和赫胥黎用电压钳测量的电流。这种集合平均可通过对单个离子通道多次开启试验平均，或对大量同类型离子通道单次试验平均得到，且两种方法得到的集合平均相同，这体现了遍历假设。

1.3 HH 方程的随机本质与临床意义

上述观测表明（11.9）是随机动力系统的“平均”版本。在研究所谓的通道病（如某些类型癫痫）时，HH 方程的随机基础很重要。随着神经元膜上离子通道数量减少，遍历假设可能不再成立，此时（11.9）需用适当的随机微分方程替