2024 年諾貝爾物理獎主題是仿效腦部神經網路,藉由變化數據節點之間連通的強弱,奠定人工智慧(AI)的基礎。圖 12 為探究神經細胞之間的連通機制,是 1963 年諾貝爾生理學或醫學獎主題的示意圖。通過神經細胞膜傳訊的機制放大圖如圖 13。
電路模型如圖 14,模型中 C_M 代表細胞膜的內、外表面,以及其間的不導電物質。R_Na 與 R_K 為可變電阻,可以改變神經細胞之間連通的強弱,以處理資訊。其中 E_Na、E_K 與 E_L 分別為離子 Na⁺、K⁺ 與其他離子的平衡電壓,相當於等效電池,可以推送或聚集對應的離子,維持細胞內外離子濃度差異。
已知平衡電壓為 E=-\frac{\alpha T}{e}\log(\frac{n_{\text{內}}}{n_{\text{外}}}),其中 n_內 與 n_外 分別為細胞內部與外部的離子濃度,α > 0 為轉換常數,T 為絕對溫度,e 為基本電量。
圖 15 為科學家探究細胞膜 Na⁺ 通道在導通狀況下的簡化直流電路,電壓 V 為細胞內外的電位差,I_Na 為 Na⁺ 電流。假設 Na⁺ 通道的 I_Na–V 特性為線性,且 E_Na 為定值。圖 16 為實驗分析結果的數據與趨勢線,縱軸為電流 I_Na,橫軸為電壓 V。若已知 V=E_{Na}+I_{Na}R_{Na},試分析並計算鈉離子通道的(a)平衡電壓 E_Na、(b)電阻值 R_Na。請列出計算過程、數值與單位。(4 分)
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