自突觸是神經(jīng)系統(tǒng)中的一類特殊的突觸,連接神經(jīng)元與其自身,也構(gòu)成了神經(jīng)系統(tǒng)中最短的信號反饋回路。神經(jīng)元對外界信號的整合和響應(yīng)受到自突觸調(diào)節(jié),有著重要的生理意義和豐富的動力學(xué)現(xiàn)象�；谟嬎隳Ｐ头椒�,本文研究了自突觸對Hodgkin-Huxley神經(jīng)元響應(yīng)外界信號的調(diào)節(jié)行為。無自突觸作用條件下,神經(jīng)元對不同閾值上正弦信號刺激產(chǎn)生不同鎖模形式的動作電位響應(yīng),而對閾值下信號需在噪聲背景下才能隨機響應(yīng)動作電位。自突觸作用的加入,神經(jīng)元對閾值上正弦信號的響應(yīng)會被調(diào)制,鎖模行為發(fā)生改變。同時也會出現(xiàn)一些不隨自突觸變化的刺激信號頻段。另外,自突觸也能夠增強神經(jīng)元對閾下信號的探測能力,隨著突觸作用延遲時間增加,神經(jīng)元的響應(yīng)會出現(xiàn)自突觸誘導(dǎo)的共振現(xiàn)象。 

【文章來源】：甘肅科技. 2020,36(20)

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

HH神經(jīng)元在不同幅度正弦刺激下的響應(yīng)頻率及時間序列

為了研究方便，我們選擇刺激信號的幅度為8μA/cm2。頻率分別選擇10、50、90、120、150和170Hz。在這些刺激作用下，神經(jīng)元無自突觸連接時候響應(yīng)如圖1所示。在這些不同頻率刺激作用，神經(jīng)元表現(xiàn)的鎖模關(guān)系不同：10Hz的刺激誘導(dǎo)神經(jīng)元簇發(fā)發(fā)放，表現(xiàn)出1:2的鎖模關(guān)系，既1個刺激周期神經(jīng)元響應(yīng)3個動作電位；50Hz的刺激使得神經(jīng)元表現(xiàn)出1:1的鎖模關(guān)系；90Hz的刺激使得神經(jīng)元表現(xiàn)出3:2的鎖模關(guān)系；120Hz的刺激使得神經(jīng)元表現(xiàn)出2:1的鎖模關(guān)系；150Hz的刺激使得神經(jīng)元表現(xiàn)出5:2的鎖模關(guān)系；170Hz的刺激使得神經(jīng)元表現(xiàn)出3:1的鎖模關(guān)系。圖2給出了神經(jīng)元在自突觸調(diào)節(jié)下對不同頻率的閾值上刺激的響應(yīng)頻率隨突觸作用延遲的變化。從圖中可以看到，隨著自突觸作用延遲的增加，神經(jīng)元響應(yīng)信號與刺激信號的鎖模關(guān)系會被自突觸所調(diào)節(jié)。當刺激頻率為50Hz和120Hz的時，隨著自突觸作用延遲時間變化，神經(jīng)元的響應(yīng)頻率并沒有發(fā)生改變。但是，當刺激頻率為20Hz時，突觸延遲比較小的情況下，神經(jīng)元的響應(yīng)頻率沒有被調(diào)制。隨著延遲時間增加，響應(yīng)頻率先減小，然后增加到之前的兩倍。當延遲時間超過17ms左右時，響應(yīng)頻率緩慢減小進入一個短暫平臺期后又增加。當刺激頻率為90、150和170Hz時，神經(jīng)元的響應(yīng)頻率在突觸延遲時間較短情況下不發(fā)生變化。隨著延遲時間增加（超過5ms），神經(jīng)元的響應(yīng)頻率相繼開始增加，然后減小。隨著延遲時間進一步增加，則響應(yīng)頻率也會發(fā)生增加和減少到原來頻率的變化。值得一提的是，這些頻率的正弦信號刺激下，自突觸調(diào)節(jié)的神經(jīng)元頻率響應(yīng)（除了低頻刺激情況外）幾乎都不會小于原來響應(yīng)頻率。

對于閾值下正弦信號，神經(jīng)元在沒有噪聲的作用是不發(fā)放動作電位響應(yīng)的，見圖1中神經(jīng)元對強度為1μA/cm2的刺激信號的響應(yīng)頻率。然而存在噪聲作用，神經(jīng)元會隨機響應(yīng)動作電位，不同的頻率作用下發(fā)放動作電位的頻率也會有漲落。圖3給出了噪聲作用下，神經(jīng)元對閾值下正弦信號的響應(yīng)。從圖3(a)中可以觀察到，對于弱噪聲，例如強度為D=0.5μA/cm2的噪聲，并不能引起神經(jīng)元的動作電位響應(yīng)。對于噪聲強度足夠大，則神經(jīng)元會在噪聲和閾值下正弦信號的共同作用下隨機發(fā)放動作電位。并且隨著噪聲強度的增加神經(jīng)元的響應(yīng)頻率也增加。圖3 (b)-(d)給出了正弦刺激信號強度為A=1.0μA/cm2，頻率分別為10,50和150Hz時，神經(jīng)元在強度為D=3.0μA/cm2的噪聲共同作用下，膜電位的時間演化�？梢钥吹皆谠肼暫烷撝迪滦盘柕墓餐饔茫窠�(jīng)元的響應(yīng)是隨機的響應(yīng)，沒有確定的峰間距間隔。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]具有時滯的抑制性自突觸誘發(fā)的神經(jīng)放電的加周期分岔[J]. 丁學(xué)利,李玉葉.  物理學(xué)報. 2016(21)



本文編號：3507460