Coulomb interaction rules timescales in potassium ion channel tunneling

离子通道中离子叠加态的量子退相干时标

Quantum Decoherence Timescales for Ionic Superposition States in Ion Channels

关于人脑神经元微观结构中的量子效应，有许多有争议和挑战性的讨论。这一挑战主要是由于热、湿和噪声环境导致的量子态的快速退相干，这阻碍了大脑处理的长寿命相干性。尽管有这些重要的讨论，只有少数几篇关于神经元退相干数值方面的论文。也许最重要的问题是由Max Tegmark提出的，他计算了大脑神经元中“离子”和“微管”系统的退相干时间。事实上，Tegmark没有考虑离子通道，离子通道负责离子通过膜的位移，并且是神经系统中膜电信号的构建模块。在这里，我们想重新调查退相干时间的离子叠加态通过使用分子动力学模拟获得的数据。我们的主要方法是根据Tegmark以前使用的方法。事实上，Tegmark没有考虑离子通道的结构，他的估计只是简单的近似。在本文中，我们专注于KcsA离子通道的小纳米尺度部分，这是所谓的“选择性过滤器”，并在离子通道的操作中具有关键作用。我们对钾离子叠加态的计算结果表明，退相干时间为皮秒量级，比Tegmark计算的量级大1000 - 10000万倍。该退相干时间对于大脑中的认知处理仍然是不够的，然而对于过滤器中的冷却离子的量子态在过滤器和动作电位上留下它们的量子迹线来说，它可以是足够的。