Модель Ходжкина-Хаксли — это система уравнений, описывающих, как ионные токи порождают потенциалы действия в нейронах.До 1950-х годов механизм нервного импульса оставался загадкой. Знали, что есть электрический всплеск, но не понимали, как ионы создают его. Алан Ходжкин и Эндрю Хаксли экспериментировали на гигантском аксоне кальмара — его толщина позволяла вводить электроды. Они измерили токи ионов натрия и калия и построили математическую модель. Она описывает мембрану как конденсатор, а ионные каналы — как управляемые напряжением резисторы. Уравнения включают переменные m, h, n — это «ворота» каналов, которые открываются и закрываются в зависимости от напряжения. Модель точно воспроизводит форму потенциала действия — того самого импульса. Это был прорыв: впервые биологический процесс описали с инженерной точностью.
В 1952 году британские физиологи Алан Ходжкин и Эндрю Хаксли опубликовали серию статей, в которых представили математическую модель нервного импульса. Работая в Плимутской морской лаборатории, они использовали гигантский аксон кальмара Loligo forbesi. С помощью метода фиксации напряжения они разделили токи натрия и калия и описали их кинетику. За это открытие в 1963 году они получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине (совместно с Джоном Эклсом). Модель стала фундаментом вычислительной нейронауки.
Модель применяют для симуляции нейронных сетей, изучения эпилепсии, аритмий сердца и действия анестетиков. Она работает для любых возбудимых клеток при условии, что известны типы ионных каналов. Границы применимости: модель описывает только спайковую активность, не учитывает дендритные интеграции и медленные метаботропные процессы; для точного моделирования реальных нейронов часто требуются модификации с дополнительными токами.
Модель лежит в основе всех современных нейроимплантатов и кардиостимуляторов, где нужно точно рассчитать электрический отклик возбудимой ткани.
Ходжкин и Хаксли использовали кальмара, потому что у него есть гигантский аксон диаметром почти миллиметр — в сотни раз толще человеческого. В него можно было вставить электроды, не убивая клетку. Кальмар стал звездой нейронауки.
