从朗飞氏节阻抗匹配效应视角模拟神经信号的频谱与传输

《Bioengineering》：Simulation of Neural Signals’ Spectrum and Transmission from the Perspective of Impedance-Matching Effect of the Ranvier Node

　　

摘要

针对神经纤维中传输的神经电磁信号主频带不确定以及难以直接测量其频谱特性的当前问题，本研究以郎飞氏结对神经传导速度的影响为突破点，通过有限元仿真研究了神经电磁信号的频谱和时域特性，并构建了一种同轴传输线阻抗变换模型。研究结果表明，能够在神经纤维内有效传输的主要信号可能位于太赫兹（THz）频段。研究还表明，郎飞氏结本质上是通过调节其几何长度来实现节点与髓鞘之间的阻抗匹配，从而达到信号耦合的最佳效率。上述发现不仅解释了神经传导速度随郎飞氏结长度非单调变化的机制，还为理解伴随神经信号产生的跨膜动作电位与信息传输载体——电磁信号之间的关系和差异提供了最新视角。它也可能为理解神经编码中的信号频率 - 时间问题提供理论补充。