Science 版 (精华区)
发信人: qpcwth (独翅鸟), 信区: Science
标 题: 4.4 生物学孤子
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年12月26日19:54:23 星期三), 站内信件
扩散孤子在生物学系统中也很重要。在孤子理论提出之前，能量包如何下传很长的分子
的问 题，被称为“生物力能学中的危机”。在线性分子世界中，能量总是趋于
播散，以至于合适的浓度永远不能传到精确的位点。俄国科学家达维多夫(A.S.Davido
v)想 弄清楚，非线性相互作用是否有助于能量沿蛋白质分子的螺卷传递。
达维多夫假设，在某个阈值以下，能量由螺旋主干的正常振动所运输，趋于向整个分子
耗散 。但当达到阈值时，非线性使诸扩散力平衡，有界能量包以每秒1000米以上的速度
沿螺旋传 播。靠这一方式到达部分分子的能量，可以传送到其它位点，在那里用于细胞
的生物学过程 。
通过神经传送信号的生物系统也采用了孤子。如果你从海水里上到很热的沙滩上，灼痛
感必 沿5到6英尺的神经通路传向你的大脑。显然，脚板底处有灼痛感这一信息不仅走一
段长距离 ，它还必须原样到达。如果痛感信息象搔痒感信息那样发自足、止于脑，则没
办法做到这一 点。
神经传导领域的早期研究者已知道，信号与某种形式的电活动有关。于是他们基于电报
或电 话交换(其中信息沿电线传输)提出了模型。这一理论的一大麻烦在于，电线中的电
脉冲以接 近光的速度传送，而神经脉冲则慢得多，运动速度为每秒32英尺左右。
第二次世界大战期间，电子学得到长足发展，已有能力做出快而精密的电子测量。阿兰
·霍奇金(Alan Hodgkin)战时在研究雷达，1945年才回到他的剑桥实验室。在他的学生
安德鲁· 赫胥黎(Andrew Huxley)(那个著名作家(指英国文学家阿道斯·赫胥黎(Aldou
s Huxl ey)。——译者注)的异父兄弟)的协助下，霍奇金着手研究枪乌巨神经轴突中
发 生的电变化。他们的研究表明，神经传递根本不象电话线中的讯息传递；却与以恒定
的速度 、形态不变地沿神经扩布的局域脉冲有关。而且，各脉冲仅当能量达到某个临界
阈值时才产 生。
这一研究使霍奇金、赫胥黎与约翰·埃克尔斯(John Eccles)同获诺贝尔奖。研究显示，
神 经脉冲象我们现在称作孤子的东西，以恒定的速度无耗散地传播。霍奇金赫胥黎的
数学理 论证明，神经在其阈值处发放后，在另一个孤子产生之前，有一个休眠期。神经
孤子的传播 和相互作用牵涉到“记忆”。神经元对先前通知它的信息保持敏感性。用这
种方式，神经网 络对其讯息模式有整体记忆。这一事实对于提出大脑记忆的一般理论可
能有一定意义。如今 ，已发展出一个全新的研究领域：研究神经纤维中孤子如何碰撞，
如何排除不规则性，以及 如何在接头处相互作用。有些理论家已把神经孤子称为“思维
之基本粒子”。
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心事浩茫连广宇,于无声处听惊雷
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