Publications
ПУБЛИКАЦИИ
Study of diffusion modeling system of neuron
Изучение диффузионной моделирующей системы молекулярной вычислительной машины нейрона
Study of diffusion modeling system of neuron
1980
Biophysics
1980
Биофизика
1980
Biophysics
V. 25, № 3, 455-461
V. 25, № 3, 455-461
Abstract
Abstract
АННОТАЦИЯ
АННОТАЦИЯ
Intracellular injection of cyclic nucleotides through 3-4 barrel microelectrodes usually results in depolarization in case of cyclic AMP and in hyperpolarization in case of cyclic GMP. But sometimes the neuron response is more complex and changes with time. Phosphodiesterase inhibitors, papaverine, 3-isobutyl-1-methylxanthine, SQ-20009 increase and prolong the effects of cyclic nucleotides and the complex effect of cyclic GMP with a delay (1-3 sec) after the beginning of iontophoresis. The solution to the diffusion equation presents the distance from the microelectrode tip to the point of cyclic AMP action is a function of the delay (100-160 microns). The maximum value of concentration that may be reached at this point after prolonged injection (10-5 M) is calculated as well. The system producing and dstroying cyclic nucleotides is supposed to be a diffusion analog input of the cell molecular computer. This system can solve various equations of mathematical physics. For this reason, guanylatecyclase is supposed to be connected with a specialized biochemical system which realizes harmonic analysis.
Внутриклеточное введение циклических нуклеотидов с помощью трехствольного, а также дополнительного четвертого электрода иногда вызывает не просто деполяризацию от цАМФ и гиперполяризацию от цГМФ, но более сложную изменяющуюся во времени реакцию нейронов виноградной улитки. Ингибиторы фосфодиэстеразы (папаверин, 3-изобутил-1-метилксантин, SQ-20009) усиливают и продлевают деполяризацию, вызванную цАМФ, и гиперполяризацию при введении цГМФ. Сложный эффект цГМФ превращается в простую гиперполяризационную реакцию. У крупных нейронов эффект инъекции циклических нуклеотидов проявляется через 1 - 3 с после
включения ионофоретического тока. Сопоставлсчие времен задержки и зависимости от времени мембранного потенциала с зависимостями концентрации диффундирующего вещества от времени и расстояния до точечного источника (которое дает решение уравнения диффузии) позволяет оценить расстояние от кончика электрода до места действия цАМФ (~100-160 мкм) и максимальное значение концентрации, которое может достигаться на этом расстоянии при длительном пропускании тока 10 нА (10-5 М). Высказана
гипотеза о том, что система, образующая и разрушающая циклические нуклеотиды - диффузионный аналоговый вход молекулярной вычислительной машины клетки,- способна решать уравнения математической физики, и для этого гуанилатциклаза должна быть связана со специальным биохимическим устройствам, осуществляющим гармонический анализ.
Внутриклеточное введение циклических нуклеотидов с помощью трехствольного, а также дополнительного четвертого электрода иногда вызывает не просто деполяризацию от цАМФ и гиперполяризацию от цГМФ, но более сложную изменяющуюся во времени реакцию нейронов виноградной улитки. Ингибиторы фосфодиэстеразы (папаверин, 3-изобутил-1-метилксантин, SQ-20009) усиливают и продлевают деполяризацию, вызванную цАМФ, и гиперполяризацию при введении цГМФ. Сложный эффект цГМФ превращается в простую гиперполяризационную реакцию. У крупных нейронов эффект инъекции циклических нуклеотидов проявляется через 1 - 3 с после
включения ионофоретического тока. Сопоставлсчие времен задержки и зависимости от времени мембранного потенциала с зависимостями концентрации диффундирующего вещества от времени и расстояния до точечного источника (которое дает решение уравнения диффузии) позволяет оценить расстояние от кончика электрода до места действия цАМФ (~100-160 мкм) и максимальное значение концентрации, которое может достигаться на этом расстоянии при длительном пропускании тока 10 нА (10-5 М). Высказана
гипотеза о том, что система, образующая и разрушающая циклические нуклеотиды - диффузионный аналоговый вход молекулярной вычислительной машины клетки,- способна решать уравнения математической физики, и для этого гуанилатциклаза должна быть связана со специальным биохимическим устройствам, осуществляющим гармонический анализ.
Intracellular injection of cyclic nucleotides through 3-4 barrel microelectrodes usually results in depolarization in case of cyclic AMP and in hyperpolarization in case of cyclic GMP. But sometimes the neuron response is more complex and changes with time. Phosphodiesterase inhibitors, papaverine, 3-isobutyl-1-methylxanthine, SQ-20009 increase and prolong the effects of cyclic nucleotides and the complex effect of cyclic GMP with a delay (1-3 sec) after the beginning of iontophoresis. The solution to the diffusion equation presents the distance from the microelectrode tip to the point of cyclic AMP action is a function of the delay (100-160 microns). The maximum value of concentration that may be reached at this point after prolonged injection (10-5 M) is calculated as well. The system producing and dstroying cyclic nucleotides is supposed to be a diffusion analog input of the cell molecular computer. This system can solve various equations of mathematical physics. For this reason, guanylatecyclase is supposed to be connected with a specialized biochemical system which realizes harmonic analysis.
chaimatics
Chaimatics
Discovery of links between the biology, physics and mathematics, and founding a new area of studies focused on computations in living systems are his life achievements. Efim Liberman gave the name of “Chaimatics” to this new area of science
I
DNA is the text of a code written for molecular computers of living cells. The notion of “Text” is intrinsically opposite to a random sequence of symbols, and it can exist only inside the system of language. In this case, it is a genetic language, which is isomorphic to a natural language
II
Computations conducted in a living cell are real physical actions, and free energy and time must be spent for completing them. As all living organisms are comprised of cells, this statement is applicable to any control processes implemented in the biosphere
III
Molecular computations are limited by the microscopic scale of a cell and inevitable impact of the computations on formulation of a problem begin solved. The Chaimatics grew from the recognition of the computation reality as the quantum mechanics grew from the recognition of the measurement reality.
IV
A cell creates а quantum computing tool for solving complex problems. This tool utilizes hypersound quanta, and uses the cell cytoskeleton as the computing environment. In such a computer, a price of elementary computation converges to the physical limit, which is Planck’s constant
Chaimatic's statements are simple, but they require a change in the traditional vision, rooted in scientific practice
Read a book
Chapter I
The journey of life in science
chaimatics
хаиматика
хаиматика
Итогом жизни в науке стало установление связей между биологией, физикой, математикой и новая область исследования, посвященная вычислениям в живых системах. Ефим Либерман дал имя новой науке: «Хаиматика»
I
ДНК – это текст программы для молекулярных компьютеров клеток. «Текст» по определению не случайная последовательность знаков и может существовать только внутри языковой системы. В данном случае это генетический язык, изоморфный естественному языку
II
Вычисление в живой клетке является реальным физическим действием и требует затрат свободной энергии и времени. Поскольку все живые организмы состоят из клеток, это относится ко всему управлению, которое осуществляется в биосфере
III
Молекулярные вычисления ограничены микроскопическим объемом клетки и принципиальной возможностью влияния вычисления на условия решаемой задачи: квантовая механика возникла из осознания реальности измерения, Хаиматика - из реальности вычисления
IV
Для решения сложных задач клетка создает устройство квантового вычисления, использующего кванты гиперзвука и клеточный цитоскелет, как вычисляющую среду. Цена вычисления в таком компьютере стремится к физическому пределу – постоянной Планка
Утверждения Хаиматики просты, но они требуют изменения традиционных представлений, принятых в научной практике
Читать книгу
Глава I
Как все начиналось
хаиматика