哺乳动物耳蜗主动性力学的理论研究

主动性是哺乳动物听觉的重要特征。但是目前的理论模型仅能够给出与实验测量定性符合的结果，在定量结果上往往与实验数据存在数量级上的差异。我们采用能量库概念来模拟单独一个的外毛细胞，进而得到研究哺乳动物耳蜗主动性的非线性布朗运动模型。这一模型可以得到与实验结论一致的结果。在本项目中，我们继续使用能量库来模拟单个的外毛细胞，然后以适当的方式把外毛细胞耦合起来得到外毛细胞阵列，以此来模拟外毛细胞在基膜上的排布。通过这一改进，希望这一模型能够有效缩小理论计算出的耳蜗时间分辨率与实验结果之间的差距；之后，把外毛细胞顶部纤毛的摆动耦合到外毛细胞的振动上来，以期得到一个更加符合实际的描述耳蜗主动性放大的理论模型。希望通过新模型计算出的结果在数值上可以和实验结果比拟，至少是处于同一数量级的结果。并且，通过比较来检验综合了外毛细胞电活动性与纤毛摆动两种可能的主动力来源的想法是否是解决听觉主动性问题的正确方向。

prestin对于理解哺乳动物听觉的主动(active)放大机理具有重要意义。近些年有许多实验给出了外毛细胞非线性电容对氯离子浓度的依赖关系及其与外界刺激的频率依赖关系。这些现象的分子基础正是prestin，所以本项目主要关注于此。通过项目的实施主要获得了如下的成果：(1) 考虑prestin输运特性，提出了一个讨论prestin输运性质的五态模型。通过这一模型研究了外毛细胞非线性电容随氯离子浓度的变化关系。给出了非线性电容对外界刺激信号的频率依赖特性。这些结果与实验结果定性相符。这一部分的研究为进一步研究外毛细胞的主动放大机理提供了一个可能的以prestin为其分子基础的动力学模型；(2) 为了进一步研究prestin在听觉主动放大功能方面的作用，有必要来研究它与细胞膜之间的相互作用。考虑到prestin本身是一个比较大的蛋白质，而且缺乏其晶体结构数据，作为一个初步的探索，我们首先以碳纳米颗粒来替换prestin。通过研究碳纳米颗粒与磷脂双层膜的相互作用，为将来直接研究prestin与细胞膜的相互作用提供必要的准备。当然研究碳纳米颗粒与细胞膜的相互作用本身也具有自身的科学与运用价值。我们通过光镊和原子力显微镜，测量了C60进入红细胞之后对细胞力学性质的改变。实验表明C60使得红细胞变软；(3) 粗粒化分子动力学模拟结果表明尺寸较大的碳纳米颗粒使得磷脂双层膜更难破裂，而较小的纳米颗粒则使得破裂张力减小。