1.人脑是一台量子计算机2022年10月7日,爱尔兰都柏林三一学院的实验团队在《物理学通讯》杂志上发表了一篇名为《非经典脑功能的实验指标》的论文。研究人员在论文中写道:“我们的研究结果表明,我们可能已经目睹了由意识相关的大脑功能介导的纠缠。 然后,这些大脑功能必须以非经典方式运作,这意味着意识是非经典的。”三一学院的实验团队认为,我们的大脑可以使用量子计算。
“如果纠缠是这里唯一可能的解释,那么这将意味着大脑过程必须与核自旋相互作用,调解核自旋之间的纠缠。因此,我们可以推断,这些大脑功能必须是量子化的。因为这些大脑功能也与短期记忆表现和意识意识相关,所以那些量子过程很可能是我们认知和意识大脑功能的一个重要部分。”
2.人脑计算机电从何来不管人类的大脑是量子计算机还是普通计算机,都存在以下问题:
2、手持设备,如手机。这类设备往往体积较小,功耗较小,它们通常使用内部电池供电的方式,如使用锂电池。内部电池供电的最大优点是不受位置限制,可以随意移动设备位置;缺点为工作时间收到电池电量限制,需要定期充电。
3.原电池实验相信大家都还记得中学化学里的原电池实验,下图是一个原电池实验的原理图。
人脑计算机运用了类似的原理产生电能。 4.人脑计算机电能来源下图是神经元细胞和其工作环境,神经元细胞在富含钠离子的细胞外液中,神经元内部充满了富含钾离子的细胞液,神经元的细胞膜将细胞液和细胞外液隔离开。 细胞内外液神经元细胞的内外液的主要成分是水(H2O),水分子有一个重要的特性:不均衡的电荷分布。这种特性使得水是一种良好的溶剂,也就是说其他带电的或极性分子易溶于水。 细胞膜由于水是极性分子,电荷不均匀的物质可以溶于水,如离子和极性分子,这个物质称为亲水性物质。当分子内部电荷分布均匀时形成非极性共价键,这些物质不溶于水,称之为疏水性物质,我们熟知的油就不溶于水。另外脂质也是非溶于水的物质,它们是构成细胞膜的重要成分。 跨膜蛋白质神经元细胞膜上分布着多种跨膜蛋白(横跨磷脂双层细胞膜的蛋白质),这些跨膜蛋白有不同的种类,不同的大小,不同的形状,它们有着不同的功能。动作电位和静息电位的产生依赖于这些跨膜蛋白,这些蛋白是离子跨膜转运的途径。 离子运动神经元细胞内外液是富含离子的盐溶液,这些离子在神经元细胞内外运动产生电信号,在离子运动过程中有两种有效运动:扩散和输送。 神经元电位神经元细胞内外液都是富含离子的盐溶液,细胞膜将细胞外液和细胞内液隔开,跨膜蛋白组成的离子泵可以将一价阳离子Na+运到神经元细胞外部,使得神经元细胞内液的Na+离子浓度低于细胞外液的Na+离子浓度,最终导致神经元细胞内部为负电位,我们将这个负电位称为静息膜电位。
5.离子泵神经元细胞膜上的离子泵的作用就是形成离子浓度梯度。在神经系统中有两种重要的离子泵:纳-钾泵 和钙泵。
6.离子通道离子通道是有跨膜蛋白质分子组成,一个典型的功能性跨膜通道需要4~6个相似的蛋白质分子聚合,并在其中央形成以个孔道,这个孔道就是水溶性物质进出神经元细胞的通道。
7.动作电位神经元细胞中的离子泵和离子通道建立了人脑计算机的导电环境,接下来我们一起看看离子泵和离子通道这对“卧龙凤雏”是如何产生人脑计算机的工作信号:动作电位。
在上升相中,膜电位超过0mV以上的部分称为超射,在下降相中膜电位低于静息电位的部分称为回射。 动作电位的产生动作电位实际上是离子泵和离子通道共同协作的结果,那这对“卧龙凤雏”是如何做到的呢? 静息电位神经元细胞没有受到刺激,此时钾离子通道和钠离子通道均关闭,离子泵转运Ka+离子和Na+离子,使得神经元细胞内部富集阴离子,神经元外部富集阳离子,神经元内为负电位。 上升相神经元细胞受到刺激,此时钠离子通道开启,由于神经元胞外的钠离子浓度较高,因此大量钠离子流入神经元细胞内,使得神经元细胞内的电位上升。 下降相此时神经元胞内电位为正,钠离子通道关闭,钾离子通道打开,由于细胞内钾离子浓度较高,因此大量钾离子流入神经元细胞外,使得神经元细胞内的电位下降。 恢复静息状态此时神经元胞内电位为负,钠离子浓度偏高,钾离子浓度偏低,离子泵将Ka+离子转运到神经元内,将Na+离子富转运到神经元外,电位基本不变。 8.精妙的设计描述上一节讲到了动作电位的产生,接下来我将在建立几个模型,通过对模型的分析,我们将不得不感叹神经元细胞设计的精妙。 8.1离子通道模型按照一般的思维,只需要一种钠离子泵,负责将钠离子转运到神经元细胞外,然后只需要一种钠离子通道让将神经元细胞外的钠离子进入细胞内部,产生动作电位。 但是这种设计存在一个问题,假设神经元细胞处于静息状态,此时神经元受到刺激,离子通道开启后钠离子因为浓度差快速进入神经元细胞内,电位迅速上升,然后钠离子通道关闭,离子泵开始转运钠离子,但是由于离子泵转运速度比较慢,所以导致下降相非常慢,如下图所示t2远远大于t1,最终导致一个动作电位时间较长。这会造成神经元产生动作电位的最短时间变大,例如目前人脑的神经元每1ms都能生成一个动作电位,如果只有一个离子通道的神经元每10ms才能生成一个动作电位,这将导致人脑的反应速度降低90%! 8.2离子泵模型现在的神经元细胞的离子泵可以同时转运钠离子和钾离子,这样会使得两种离子浓度等比例改变。
9.总结人脑内部并没有一个专门的器官或组织产生电能,而是神经元上的离子通道和离子泵通过完美的协作,维持导电环境和产生电信号。人脑实际上使用的是分布式供电模式,就是说人脑内部的每个神经元自己产生和维持导电环境。 创作不易希望朋友们点赞,转发,评论,关注! |
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