人脑是否有电容结构与其电容结构谐振频? 第1页

所谓电容就是存储电荷的结构。在大脑中，每个神经元都存在着这样的结构，即由两层磷脂分子组成的薄膜——磷脂双分子层(lipid bilayer)^[1]:

而神经元细胞膜内外的电荷则是由离子(Na+, K+, Ca++; Cl-)的分布浓度不同来产生（离子通道, 也就是一种成孔蛋白，它通过允许某种特定类型的离子穿过该通道，来帮助细胞建立和控制质膜间的微弱电压压差^[2]）. 在描述神经电位的初始化和传递的Hodgkin–Huxley模型^[3]中，可以看见代表磷脂双分子层电容特性的 :

神经元的静息时，其轴突上的压差在60～90 . 这样轴突的细胞膜构成一个圆柱电容器:

对于没有髓鞘化的轴突（神经髓鞘及其作用）来说，一个1 长轴突的电容典型值为0.1 , 存储电荷为6.8 . 而一个有髓鞘的等长轴突由于细胞膜内外间的距离显著增加，造成电容典型值下降到49 ，对应的存储电荷下降到 39 . 电荷存储下降约两个数量级，使神经信号传递速度显著上升。

实际电容（包括这里的神经细胞膜等效电容）有一些寄生效应，并不是纯粹简单的电容。由于电容导线的存在，有一定的电感，在高频时候会产生较大影响，这里以等效串联电感ESL表示：

由于ESL的存在，与电容C一起构成了一个谐振电路，其谐振频率便是电容的自谐振频率。在小于自谐振频率时，电容表现为容性，在大于自谐振频率时，电容表现为感性。因此电容在低于自谐振频率的区间内才有作为容性元件的利用价值^[4].

一般来说，自谐振频率都在数千 量级，而神经信号远远小于这个量级，所以不用考虑自谐振频率的影响。

参考

1. ^ Nagle, J. F., & Tristram-Nagle, S. (2000). Lipid bilayer structure. Current opinion in structural biology, 10(4), 474-480.
2. ^ Isom, L. L., De Jongh, K. S., & Catterall, W. A. (1994). Auxiliary subunits of voltage-gated ion channels. Neuron, 12(6), 1183-1194.
3. ^ Hodgkin, A. L. (1951). The ionic basis of electrical activity in nerve and muscle. Biological Reviews, 26(4), 339-409.
4. ^ Paul, C. R. (1992). Effectiveness of multiple decoupling capacitors. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, 34(2), 130-133.