Markov 模型与离子通道长时记忆：矛盾体中的新突破

为解决离子通道开放动力学建模中 Markov 理论与实验现象不符的问题，研究人员通过蒙特卡罗模拟晶格系统，研究离子通道与临界温度附近异质膜耦合时的长时记忆。结果发现耦合参数变化会改变开放停留时间自相关特性，表明离子通道与膜的相互作用支持长记忆存在，且不影响 Markov 建模的实用性。

　　离子通道的开放动力学通常采用马尔可夫（Markov）模型进行建模，该模型假定存在有限数量的状态，这些状态由与时间无关的速率常数相互连接。尽管在适当条件下，总体关闭或开放状态可能会对先前的门控事件产生短期（指数型）记忆，但实验证据显示存在拉伸指数型或幂律型的记忆衰减，这与马尔可夫理论并不相符。在此，通过对晶格系统进行蒙特卡罗（Monte Carlo）模拟，研究人员探究了与临界温度附近的异质膜耦合的离子通道中的长时记忆。研究观察到，将通道 - 脂质耦合参数的强度从每个脂质结合位点为 0 逐渐增加到接近 1 kT时，连续开放停留时间的自相关会发生变化。这种变化依次从（i）多指数衰减转变为（ii）幂律衰减，最后转变为（iii）拉伸指数衰减，这反映了离子通道分布的变化，即从（i）完全独立，（ii）在脂质域之间的界面处分配，到（iii）在有利于离子通道激活状态的域内分配。中间的幂律区域展现出长时记忆的特征，例如赫斯特（Hurst）指数具有趋势增强的值。然而，该区域通过了先前提出的利用条件停留时间直方图进行的马尔可夫性检验。研究得出结论，离子通道与动态膜之间依赖于低能状态的相互作用，通过维持波动的微环境和存储构型记忆，弱化了马尔可夫假设，这支持了长记忆尾的存在，同时不一定会降低马尔可夫建模的实用性。