[论文解读] Penetration of action potentials during collision in the medial giant axon of the earthworm

Alfredo González‐Pérez, Rima Budvytytė+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 14, 2014

Neurobiology and Insect Physiology Research被引用 2

一句话总结

本研究通过细胞外刺激与记录，研究了巨蚯蚓（Lumbricus terrestris）和美洲 lobster（Homarus americanus）的腹神经索中神经冲动的碰撞行为。与霍奇金-赫克斯利的不应期模型相反，冲动在碰撞时并未湮灭，支持了动作电位传导的机电孤子理论。

ABSTRACT

The collisions of two simultaneously generated impulses in the giant axons of both earthworms and lobster propagating in orthodromic and antidromic direction were investigated. The experiments have been performed on the extracted ventral cords of Lumbricus terrestris and the abdominal ventral cord of lobster, Homarus americanus, by using external stimulation and recording. The collision of two nerve impulses of orthodromic and antidromic propagation didn't result in the annihilation of the two signals contrary to the common notion that is based on the existence of a refractory period in the well-known Hodgkin-Huxley theory. However, the results are in agreement with the electromechanical soliton theory for nerve pulse propagation as suggested by Heimburg and Jackson (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 9790 (2005)).

研究动机与目标

• 研究蚯蚓和 lobster 巨大轴突中动作电位碰撞时的行为。
• 检验霍奇金-赫克斯利不应期模型在预测冲动碰撞时湮灭现象方面的有效性。
• 评估实验结果是否与神经冲动传导的机电孤子理论一致。
• 确定在无脊椎动物巨大轴突中，正向与反向冲动在碰撞时是否湮灭或共存。

提出的方法

• 采用细胞外刺激与记录技术，在 Lumbricus terrestris 和 Homarus americanus 的腹神经索中产生并检测动作电位。
• 同时诱导正向与反向动作电位，以研究其在碰撞时的相互作用。
• 监测冲动的传播方向与时间，评估信号在碰撞后是否湮灭或持续存在。
• 将结果与霍奇金-赫克斯利模型和机电孤子理论的预测进行比较。
• 实验聚焦于中侧巨轴突，因其直径大且传导速度快而著称。

实验结果

研究问题

• RQ1 在蚯蚓和 lobster 的巨大轴突中，正向与反向动作电位在碰撞时是否湮灭？
• RQ2 实验观察到的冲动碰撞现象与霍奇金-赫克斯利不应期模型的预测相比如何？
• RQ3 实验结果在多大程度上支持神经冲动传导的机电孤子理论？
• RQ4 不应期是否足以解释这些轴突中碰撞后信号传播的缺失？

主要发现

• 以正向与反向方向传播的动作电位在碰撞时并未湮灭，与霍奇金-赫克斯利模型的预测相矛盾。
• 碰撞后两个冲动的持续存在支持了机电孤子理论，而非基于离子电流的霍奇金-赫克斯利模型。
• 未观察到信号抵消的证据，表明不应期本身不足以阻止此情境下的传播。
• 结果与神经冲动传导由机械孤子波介导而非纯粹电化学电流的观点一致。