بررسی اثرات کوانتومی در فیلتر انتخابگر کانال یونی در نورون مغز

تاکنون بحث ها و چالش های زیادی در مورد وجود اثرات کوانتومی در ساختارهای میکروسکوپی نورون های مغز انسان شده است. در سال های اخیر, برخی شواهد تجربی به دست آمده مبنی برآن بوده اند که اثرات کوانتومی می توانند در بهبود توصیف عملکرد سیستم های زیستی نقش مهمی داشته باشند.‎ در این پایان نامه بطور کلی کانال های یونی را مورد بررسی قرار می دهیم و تمرکز کار بر روی ساختار نانومقیاس فیلتر انتخابگر درون کانال یونی می باشد که در این راستا از مدل هاچکین-هاکسلی که یکی از مدل های زیستی نورون در توصیف عملکرد نورون و تولید پالس های الکتریکی می باشد استفاده کردیم که از نظر توصیف زیستی بسیار قوی عمل می کند.‎ درواقع مدل ‎‏هاچکین-هاکسلی در سال ‎1952‎ زمانی پیشنهاد شد که هنوز ساختار حقیقی و دقیق کانال های یونی شناخته نشده بودند. امروزه به خوبی مشخص شده است که در بسیاری از کانال‏ های یونی, دریچه هایی وجود دارند که جریان های یونی را کنترل می کنند که خود شامل فیلتری به نام فیلتر انتخابگر هستند که درون کانال یونی قرار دارند، فیلترهای انتخابگر بوسیله ی محرک های الکتریکی و شیمیایی و نور و گرما و یا حتی با برهم کنش های شیمیایی فعال می شوند. این طور به نظر می رسد که فیلتر انتخابگر مسئولیت انتخاب یون ها و انتقال سریع برای یون های خاص را در طول غشای سلول های تحریک پذیر برعهده دارد. اخیرا استدلال شده است که اثرات کوانتومی در فیلتر انتخابگر ممکن است عامل مهم در کارکرد بسیار موثر کانال یونی باشد. در این پایان نامه با درنظرگیری اثر کوانتومی در فیلتر انتخابگر, معادله ی هاچکین-هاکسلی را به یک معادله ی نیمه کلاسیکی تبدیل می کنیم و نتایج آن را مورد بررسی قرار می دهیم. همچنین با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی زمان‏ وادوسی را برای برهم نهی یون ها به دست می آوریم. نتایج نشان می دهد که پتانسیل های عمل ایجاد شده در نورون های مغز می توانند تحت تاثیر اثرات کوانتومی باشند و نمی توانیم ‏با قطعیت بگوییم که پردازش اطلاعات در نورون ها ریشه ی کوانتومی ندارند.