生物电相变

生物系统中的电信号通常是通过单通道生物物理学的视角来理解的，然而，离子通道集合体是否能够发生协同开放与关闭仍不明确。本文表明，电压门控离子通道集合体能够经历由通道电流与局部膜电压之间反馈所驱动的生物电有序—无序相变。当通道开放时，它们传导离子选择性电流，重新分布膜附近的离子并扰动跨膜电位，从而偏置邻近通道的门控。这种涌现的非平衡耦合在离子通道集合体中产生了真正的相变。对开放通道分数、其涨落以及通道集体状态分布的有限尺寸分析，得到了一幅电压—温度相图，其中一条一级相变线将集体开放态与集体关闭态分隔开来，并终于一个临界点。临界温度由一个无量纲电导比决定，该比值由离子输运、通道密度和受限几何共同设定。将这一框架应用于乌贼巨轴突、轴突初始段和郎飞结的测量数据表明，在大直径神经中，高密度钠通道可能有利于集体激活；而钾通道通常较低的密度则使其处于独立门控机制。

生物系统中的电信号通常是通过单通道生物物理学的视角来理解的，然而，离子通道群体是否能够发生协同开启与关闭仍不明确。在此，我们表明，电压门控离子通道群体能够经历由通道电流与局部膜电压之间反馈所驱动的生物电有序—无序相变。当通道开启时，它们传导离子选择性电流，从而重新分布膜附近的离子并扰动跨膜电位，进而偏置邻近通道的门控。这种涌现的非平衡耦合在离子通道群体中产生了真正意义上的相变。对开放通道分数、其涨落以及通道集体状态分布的有限尺寸分析，得到了一幅电压—温度相图，其中一条一级相变线将集体开放态与集体关闭态分隔开来，并终止于一个临界点。临界温度由一个无量纲电导比决定，该比值由离子输运、通道密度和限域几何共同设定。将这一框架应用于乌贼巨轴突、轴突初始段和郎飞结的测量结果表明，在大直径神经中，高密度钠通道可能有利于集体激活，而钾通道所特有的较低密度则使其处于独立门控机制主导的状态。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.07.734602v1?rss=1

🏷️ 生物电相变 离子通道集体门控 电压门控离子通道 非平衡相变 膜电位反馈