脳はなぜ電気信号を利用するのか
情報は安価ではない
1bitの情報を得るには$ 3*10^{-21}Jのエネルギーを要する
電気信号を用いた情報伝達はイオンチャネルを介したイオンの流入出によって実現する
イオンチャネルを1つ開けるためには最低一個のATPが必要
電気信号を介した情報伝達には最低$ 100*10^{-21}Jのエネルギー(ATPが一分子)が必要
活動電位を考えると、$ 3.0*10^{-16}Jのエネルギー(ATPが約3000個)が必要になる
1bitの情報の表現にだいぶ多くのエネルギーを使用している
Naa_tsure.icon本当に効率的なのだろうか
大腸菌とゾウリムシの細胞内における情報伝達を考えてみる
短軸: 0.4-0.7$ μm
長軸: 2.0-4.0$ μm
情報伝達方法: 化学拡散
短軸: 40 $ µm
長軸: 90-150 $ µm
情報伝達方法: 電気信号
化学拡散
アミノ酸の拡散速度: 1mm/sec
大腸菌なら5ms程度で伝達できる
ゾウリムシが大腸菌の100倍のサイズ感で最低でも500ms程度かかることになる
Naa_tsure.icon動きの同期が取りにくそう
真面目に計算すると数十sぐらいかかるらしい
電気信号
スパイク伝達速度: 1m/sec
大腸菌: 5 usぐらい？
早すぎて完全に持て余す
ゾウリムシ: 0.5msぐらい
これなら環境の変化に対して上手く細胞全体で同期できそう
電気信号を利用した情報伝達はかなりコストが高いが、圧倒的に伝達速度が早い
体サイズが大きくなると、このコストを削ることが出来ない