Skip to main content
SUPERVISOR
Farhad Shahbazi,Vahid Salari
فرهاد شهبازی دستجرده (استاد مشاور) وحید سالاری (استاد راهنما)
 
STUDENT
Narges Moradi
نرگس مرادی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده فیزیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

An Investigation of Quantum Effects in the Selectivity Filter of Ion Channel in a Brain Neuron
Recently, experimental evidences have strengthened the hypothesis that biological systems may use quantum effects for their efficient functions. Here, we investigate ion channels in general and then focus on the small nanoscale part of ion channels in the excitable cells which is called "selectivity filter". First, we discuss about the possibility of quantum effects in the selectivity filter in ion channels that may have important role(s)to explain different aspects of spike generation in excitable cells by using Hodgkin-Huxley model with considering real structure of ion channels . Here, we examine parameters in a generalized model of HH to see that whether any parameter affects the spike generation and then investigate different decoherence mechanisms regarding the quantum dynamics and energy transfer in these structures. We will show that brain processes may be derived from quantum effects in nanostructures in neurons because of large decoherence time.
تاکنون بحث‌ها و چالش‌های زیادی در مورد وجود اثرات کوانتومی در ساختارهای میکروسکوپی نورون‌های مغز انسان شده است. در سال‌های اخیر, برخی شواهد تجربی به‌دست آمده مبنی برآن بوده‌اند که اثرات کوانتومی می‌توانند در بهبود توصیف عملکرد سیستم‌های زیستی نقش مهمی داشته باشند. در این پایان‌نامه بطور کلی کانال‌های یونی را مورد بررسی قرار می‌دهیم و تمرکز کار بر روی ساختار نانومقیاس فیلتر انتخابگر درون کانال یونی می‌باشد که در این راستا از مدل هاچکین-هاکسلی که یکی از مدل‌های زیستی نورون در توصیف عملکرد نورون و تولید پالس‌های الکتریکی می‌باشد استفاده کردیم که از نظر توصیف زیستی بسیار قوی عمل می‌کند. درواقع مدل هاچکین-هاکسلی در سال 1952 زمانی پیشنهاد شد که هنوز ساختار حقیقی و دقیق کانال‌های یونی شناخته نشده بودند. امروزه به خوبی مشخص شده است که در بسیاری از کانال ‌های یونی, دریچه‌هایی وجود دارند که جریان‌های یونی را کنترل می‌کنند که خود شامل فیلتری به نام فیلتر انتخابگر هستند که درون کانال یونی قرار دارند، فیلترهای انتخابگر بوسیله‌ی محرک‌های الکتریکی و شیمیایی و نور و گرما و یا حتی با برهم‌کنش‌های شیمیایی فعال می‌شوند. این‌طور به نظر می‌رسد که فیلتر انتخابگر مسئولیت انتخاب یون‌ها و انتقال سریع برای یون‌های خاص را در طول غشای سلول‌های تحریک‌پذیر برعهده دارد. اخیرا استدلال شده است که اثرات کوانتومی در فیلتر انتخابگر ممکن است عامل مهم در کارکرد بسیار موثر کانال یونی باشد. در این پایان‌نامه با درنظرگیری اثر کوانتومی در فیلتر انتخابگر, معادله‌ی هاچکین-هاکسلی را به یک معادله‌ی نیمه‌کلاسیکی تبدیل می‌کنیم و نتایج آن را مورد بررسی قرار می‌دهیم. همچنین با استفاده از شبیه‌سازی دینامیک مولکولی زمان وادوسی را برای برهم‌نهی یون‌ها به‌دست می‌آوریم. نتایج نشان می‌دهد که پتانسیل‌های عمل ایجاد شده در نورون‌های مغز می‌توانند تحت تاثیر اثرات کوانتومی باشند و نمی توانیم با قطعیت بگوییم که پردازش اطلاعات در نورون‌ها ریشه‌ی کوانتومی ندارند.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی