王艳红 王磊 武京治†

1) (中北大学信息与通信工程学院, 太原 030051)

2) (中北大学化学工程与技术学院, 太原 030051)

生物体经过神经元进行信息处理产生指令, 控制各种功能和活动.神经元可通过神经微管维持动态生长, 辅助蛋白转运等, 微管蛋白可产生电磁信号进行信息交换.微管蛋白具有强极性分布, 本文通过研究微管不同振动模式产生的电磁特性, 分析微管周围的电磁场分布和相互作用.结果表明, 微管蛋白在太赫兹波段有众多振动模式.在多微管间纳米尺度内, 细胞溶液介电系数在太赫兹波段随频率增加而减小, 在相邻微管间可产生强于热噪声的电磁场.合理调节微管长度、振动振幅等参数可能获得溶液中可探测太赫兹电磁场.微管振动产生电磁场, 可用于疾病诊断和脑机接口等.

1 引 言

人体神经元通过神经递质和电信号等进行信息交换, 形成复杂的神经网络, 控制身体的各种功能和思维意识等高级神经活动, 在脑机交互、疾病诊断等领域具有广泛的应用.目前, 脑机接口的信号提取基于传统电脉冲理论, 信号带宽仅为kHz,限制信号处理速度[1-3].近年来, 有理论提出神经系统中含有太赫兹电磁信息, 并实验测量了神经细胞等的太赫兹特性[4].神经细胞中存在众多极性分子如微管蛋白、膜蛋白等, 在细胞环境中分子振动可产生高频电磁场[5-9].研究极性分子的电磁场产生机理和传输特性, 对脑机交互发展具有重要意义.有研究表……