35、神经信号与能量估算：多领域研究进展

神经信号与能量估算：多领域研究进展

1. 神经纤维中细胞外导电性与信号传播分析

1.1 研究背景

神经膜是理解神经系统信号流动的关键研究领域。神经纤维周围的细胞外空间包含多种离子，这些离子对动作电位的产生至关重要。由于神经膜并非完美绝缘体，信号在神经传导过程中会发生泄漏和衰减。理解这些损失对于掌握神经纤维的整体形态和信号传播机制至关重要。

1.2 相关工作

前人研究表明，神经膜中离子扩散会导致电压衰减。本研究采用传统开路（FO）模型，仅允许相邻神经元之间的离子正向转移。研究还指出，细胞外空间越大，信号衰减越严重，会导致树突更加紧凑。神经纤维有均匀、锥形和喇叭形等不同形态，本研究均予以考虑。

1.3 提出的模型

采用电缆方程来描述神经纤维的电特性。内部和外部膜电位可表示为：
[
\frac{\partial V_i}{\partial x} = -R_iI_i(x) \text{ 和 } \frac{\partial V_3}{\partial x} = R_eI_e(x)
]
其中 (R_i = \frac{4r_i}{\pi D_i^2} \Delta x) 和 (R_e = \frac{4r_e}{\pi D_e^2} \Delta x)。跨膜电压为：
[
\frac{\partial V_m}{\partial x} = -I (R_e + R_i)
]
考虑到膜内外电流迁移率相同，即 (I_i = I_e = I)（轴向电流），外部和内部电流等于跨膜电流 (I_T)：
[
\frac{\partial