Science Daily — 來自丹麥的科學家們對於神經的功能以及麻醉為何得以發揮效用的作用提出質疑。他們研究指出神經脈衝的作用是基於聲波模式，並可以使用麻醉來抑制它們的傳輸。
圖1. The figure shows a biological membrane at its melting point. The green molecules are liquid, and the red are solid. Molecules of anesthetics reduce the number of red areas so that the sound pulse can no longer transport its signal. The nerve is anesthetised. (Credit: Illustration by Heiko Seeger, PhD.)
所有醫學與生理學的教科書都告訴我們神經會發生作用是因為它們藉由電子脈衝的傳輸所導致。「但對我們這些物理學家來說，這似乎不合常理。根據熱動力學的物理定律告訴我們，當電子脈衝在神經傳導的過程當中發生時會產生熱能，但是實驗的結果卻沒有偵測到熱量的產生。」來自哥本哈根大學波爾研究所的副教授 Thomas Heimburg 這樣說到。他的博士學位是從德國 Göttingen 的 Max Planck 研究所取得，在那邊生理學與物理學通常是一起研究的，在其他地方，這兩個領域的學問通常是分開研究的。Thomas Heimburg 是一位在生物物理學方面的專家，當他來到哥本哈根時，遇見了一位在理論物理學的專家，也就是 Andrew D. Jackson 教授。他們一起對神經網路的機轉進行研究。
Physics explains biology
用物理來解釋生理
神經通常被「包覆」在由脂質與蛋白質所組成的膜裡。根據傳統分子生物學的解釋，脈衝之所以能由神經的一端發出並傳到另一端，是因為細胞膜上的離子通道因其電荷的改變才得以傳遞。這個過程在好幾年前就已經被大家所瞭解，而且也有許多科學家在這個領域當中做出了貢獻而得到諾貝爾獎。不過物理學家們指出，神經脈衝實際上並不會產生熱能，這與藉由化學程序來產生電子脈衝的分子生物理論相互抵觸。相反的，根據兩位物理學家所述，可以用更簡單理論來說明脈衝的機轉。類似這樣的脈衝其實更像聲波。通常，聲波的傳遞會隨著距離的增加而變得越來越微弱。然而，如果透過聲波可以傳遞的適當介質，那麼就可以在局部的地方創造出聲波，這就是所謂的「孤立子（solitons）」，這些孤立子能在不改變其形狀或喪失其能量的狀態下進行傳導。
神經細胞膜是由脂質所組成，這個成分如同橄欖油。這個物質可以藉由溫度的改變從油狀變成固體狀。我們都知道可以藉著在水中加入食鹽來降低其凝固點的溫度。同樣地，溶存於膜內的分子也可以降低其凝固點。科學家發現神經細胞膜也有其凝固點，在這個溫度下非常適合聲波的傳輸。藉由理論計算的結果使他們得到一個結論：神經傳導的模式就是聲波。
Anesthetized by sound
透過聲波來麻醉
我們是如何讓神經藉由麻醉而失去知覺，同時它有可能讓病人無痛地進行手術嗎？在過去一百多年來，科學家們使用乙醚、笑氣、氯仿、普魯卡因（procaine，一種局部麻醉劑）以及惰性氣體氙等做為麻醉藥。這些物質分子彼此具有不同的體積與化學性質，但根據經驗表示，它們能發揮多少藥效全取決於它們在橄欖油當中的溶解度有多好。而目前的技術是透過精確的計算來得知多少劑量的使用才是對病患最好的。若撇開這個不談，沒人精確的知道麻醉是怎麼作用的。而神經組織是怎麼「關掉」的呢？從 Thomas Heimburg 與 Andrew D. 他們的理論來說，神經信號就像聲波一樣。
Jackson 將他們的注意力轉移到麻醉學身上。這些麻醉藥的化學性質是如此的不同，但他們所造成的效用卻都一樣。－ 這真是古怪啊！
但這只是單純的好奇罷了。如果神經脈衝能傳輸聲波同時也能沿著神經系統遞送信號，那麼細胞膜必定擁有在接近體溫即融化的融點的性質，同時對於壓力的改變也會做出適當的回應。而只要透過簡單的改變這個融點，就可以達到麻醉的效果，因為當融點改變時，聲波就無法往前傳輸了。此時神經會處在一個預備的狀態，無論是神經脈衝也好，感覺傳輸也好，通通都會被停止。當然病人也就處在一個被麻醉的狀態，而且什麼都感覺不到。
Note: This story has been adapted from a news release issued by University of Copenhagen.
原始報導：
http://www.sciencedaily.com/releases/2007/03/070307075703.htm