활동 전위 시뮬레이터
이 시뮬레이션의 방정식
| V | 막전위 (안쪽 − 바깥쪽) | 휴지 상태에서 −65 mV. 활동 전위가 1밀리초 동안 약 +40 mV까지 올린다 | |
|---|---|---|---|
| C_m | 막 전기용량 | 1 µF/cm²: 얇은 지질층이 축전기처럼 전하를 저장한다 | |
| I_stim | 자극 전류 I_stim (µA/cm²) | 펄스가 이어지는 동안 주입 | |
| g_Na, g_K, g_L | 최대 전도도 | 오징어 거대 축삭에서 120, 36, 0.3 mS/cm². 작동하는 통로 비율을 곱한다 | |
| I_Na, I_K | 나트륨 전류와 칼륨 전류 | 음수는 안쪽 방향: 오를 때 나트륨이 들어오고 내려갈 때 칼륨이 나간다 |
현재 값을 넣으면:
| E_Na | 나트륨 평형 전위 | Na⁺는 바깥이 약 8배 진해서 안쪽이 약 +50 mV가 될 때까지 끌려 들어온다 | |
|---|---|---|---|
| E_K | 칼륨 평형 전위 | K⁺는 안쪽이 약 24배 진해서 그 통로가 전압을 −77 mV 쪽으로 끌어당긴다 | |
| T | 온도 T (°C) | RT ÷ F를 조금 올리고 10 °C마다 각 게이트를 3배 빠르게 한다 |
현재 값을 넣으면:
| m | 나트륨 활성화 게이트 | 전압이 오르면 빨리 열린다: 활동 전위를 만드는 양성 되먹임 | |
|---|---|---|---|
| h | 나트륨 불활성화 게이트 | 더 천천히 닫히고 몇 ms 동안 닫혀 있다: 불응기 | |
| n | 칼륨 활성화 게이트 | 천천히 열려 전압을 다시 내리고, 휴지 전위 아래까지 내려간다 | |
| φ | 온도 계수 3^((T − 6.3) ÷ 10) | 호지킨과 헉슬리는 6.3 °C에서 측정했다 |
| I_역치 | 자극을 시험해서 찾음 | 활동 전위는 실무율을 따른다: 역치 아래에서는 막이 회복되고, 위에서는 자극 세기와 상관없이 완전한 활동 전위가 일어난다 |
|---|
현재 값을 넣으면:
활동 전위 시뮬레이터 사용법
- 막은 약 −65 mV의 휴지 상태에서 시작해 자극 펄스를 한 번 받습니다. 나트륨 통로 (파랑)가 열리고 노란 Na⁺ 이온이 쏟아져 들어와 전압이 치솟고, 이어서 칼륨 통로 (주황)가 열려 보라색 K⁺ 이온이 빠져나가며 전압을 다시 내립니다. 활동 전위 동안 막 띠가 빨갛게 빛납니다.
- 자극 전류를 그림 아래에 표시된 역치보다 낮추고 자극하기를 누르면, 전압이 조금 오르다 활동 전위 없이 다시 내려갑니다. 역치보다 높으면 세기와 상관없이 매번 완전한 활동 전위가 일어납니다. 이것이 실무율입니다.
- 자극 반복을 체크하고 빈도를 올리면 불응기가 보입니다. 초당 수백 펄스를 넘으면 막이 모든 펄스에 발화하지 못합니다. 나트륨 통로 (TTX)나 칼륨 통로 (TEA)를 막거나 막을 데워 보고, 전압, 게이트, 전류 그래프에서 활동 전위 모양이 바뀌는 것을 보세요.
자주 묻는 질문
활동 전위는 무엇이 일으키나요?
전압 개폐 나트륨 통로입니다. 작은 탈분극이 그중 몇 개를 열면 나트륨이 들어와 막을 더 탈분극시키고, 그러면 더 많은 통로가 열립니다. 이 양성 되먹임이 전압을 나트륨 평형 전위, 약 +50 mV 쪽으로 밀어 올립니다. 1밀리초 안에 나트륨 통로가 불활성화되고 느린 칼륨 통로가 열리므로, 칼륨이 나가며 전압이 떨어지고 잠깐 휴지 전위 아래로 내려갑니다.
역치란 무엇인가요?
나트륨 유입이 이를 거스르는 칼륨 전류와 누설 전류를 넘어서서 양성 되먹임이 주도하게 되는 전압, 또는 자극입니다. 여기서는 고른 펄스 길이에서 활동 전위를 일으키는 가장 작은 자극 전류로 나타냅니다. 펄스가 짧을수록 더 센 전류가 필요합니다.
불응기란 무엇인가요?
활동 전위 뒤 약 1밀리초 동안은 나트륨 통로가 불활성화되어 (h 게이트가 닫혀) 어떤 자극으로도 다음 활동 전위를 일으킬 수 없습니다. 이것이 절대 불응기입니다. 이후 몇 밀리초 동안은 h가 회복되고 칼륨 통로가 아직 열려 있어 평소보다 센 자극이 필요합니다. 이것이 상대 불응기입니다. 불응기는 뉴런이 발화할 수 있는 빠르기를 제한하고, 활동 전위가 축삭을 따라 한 방향으로만 가게 합니다.
호지킨-헉슬리 방정식이란 무엇인가요?
앨런 호지킨과 앤드루 헉슬리가 1952년 오징어 거대 축삭에서 잰 값에 맞춘 모델로, 두 사람은 이것으로 노벨상을 함께 받았습니다. 막을 축전기로 보고 나트륨, 칼륨, 누설 전도도를 병렬로 두며, 게이트 m, h, n이 전압에 따라 달라지는 속도로 열리고 닫힌다고 봅니다. 이 시뮬레이션은 원래 매개변수로 그 방정식을 0.01 ms 간격으로 적분합니다.
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무언가 업로드되나요?
아니요. 시뮬레이션은 사용자의 브라우저가 WebGL로 직접 그립니다. 어디에도 전송되지 않으며, 페이지를 한 번 불러오면 오프라인에서도 계속 작동합니다.