發(fā)布時(shí)間：2020-03-28 00:27

【摘要】：隨著腦科學(xué)的深入研究與發(fā)展,小腦在認(rèn)知、記憶以及運(yùn)動(dòng)控制等方面的功能已逐漸被人們所了解。最新研究表明小腦顆粒層中的單極刷細(xì)胞在控制和鞏固小腦運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)中發(fā)揮關(guān)鍵作用,單極刷細(xì)胞突觸的響應(yīng)能力與放電模式取決于細(xì)胞的內(nèi)在電響應(yīng)特性,因此通過(guò)建立單極刷細(xì)胞計(jì)算模型來(lái)研究其電響應(yīng)特性,有助于進(jìn)一步理解小腦功能。本文主要針對(duì)單極刷細(xì)胞計(jì)算模型及電響應(yīng)特性進(jìn)行深入研究,研究?jī)?nèi)容包括:(1)結(jié)合細(xì)胞離子通道特征,通過(guò)擬合單極刷細(xì)胞的生理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),提出針對(duì)單極刷細(xì)胞的完整單房室模型和最小單房室模型,并基于這兩個(gè)模型實(shí)現(xiàn)細(xì)胞穩(wěn)態(tài)及電響應(yīng)特性分析。首先,研究單極刷細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)特性,通過(guò)對(duì)比兩種模型探究離子通道內(nèi)在特性對(duì)細(xì)胞動(dòng)力學(xué)的影響。研究結(jié)果表明T型鈣通道和內(nèi)向整流鉀通道對(duì)于維持靜息電位的穩(wěn)定性具有重要作用。然后,研究單極刷細(xì)胞的回返式放電特性,測(cè)試兩個(gè)模型在輸入抑制性mGluR2電流時(shí)的電壓響應(yīng),結(jié)果表明T型鈣通道是誘發(fā)回返式放電的主要離子通道。最后,研究細(xì)胞的共振特性,結(jié)果表明當(dāng)模型輸入ZAP電流時(shí)可以產(chǎn)生閾下共振。模型的實(shí)驗(yàn)結(jié)果均與生理實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致,且符合單極刷細(xì)胞的生理特性。(2)由于上述提出的單房室模型未考慮細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)電響應(yīng)特性的影響,為更好地反映單極刷細(xì)胞的電生理學(xué)特性,本文進(jìn)一步提出基于形態(tài)結(jié)構(gòu)的單極刷細(xì)胞詳細(xì)房室模型。該模型根據(jù)生理學(xué)中離子通道的分布重構(gòu)細(xì)胞幾何結(jié)構(gòu),同時(shí)構(gòu)建多種類型的刺激序列。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明單極刷細(xì)胞詳細(xì)房室模型,當(dāng)輸入去極化階躍電流刺激時(shí)可產(chǎn)生規(guī)律的尖峰脈沖;當(dāng)輸入超極化階躍電流刺激時(shí)產(chǎn)生凹陷之后的尖峰;當(dāng)輸入線性或非線性頻率的正弦電流刺激時(shí)可產(chǎn)生閾下共振,且共振幅度小于單房室模型,電位趨穩(wěn)過(guò)程較平緩;當(dāng)輸入泊松刺激時(shí)產(chǎn)生普通尖峰,且輸出尖峰頻率與輸入泊松刺激頻率及突觸數(shù)量均呈現(xiàn)近似正相關(guān)。模型電響應(yīng)特性與生理實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致,與細(xì)胞生理特性相符。綜上所述,本文基于單極刷細(xì)胞的離子通道及形態(tài)結(jié)構(gòu),提出了單極刷細(xì)胞的單房室和詳細(xì)房室模型。所提出的兩類模型,在重構(gòu)細(xì)胞離子通道及形態(tài)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上保持了細(xì)胞原有的生理特性,有效實(shí)現(xiàn)了單極刷細(xì)胞電響應(yīng)特性的模擬。
【圖文】：

參數(shù)組合共為 75 種。泊松刺激的尖峰序列時(shí)間隨著刺激頻率增大而增多，如圖 4.11所示。圖4.11 泊松刺激尖峰序列為了更為清晰地顯示不同參數(shù)下響應(yīng)尖峰的頻率變化，需要計(jì)算不同頻率和突觸數(shù)量情況下響應(yīng)尖峰的頻率。本節(jié)設(shè)置電壓閾值為-50mV，當(dāng)響應(yīng)電壓值大于閾值時(shí)，認(rèn)為產(chǎn)生了尖峰。響應(yīng)尖峰的頻率數(shù)值等于響應(yīng)電壓中產(chǎn)生尖峰的數(shù)量除以總時(shí)間，總時(shí)間設(shè)置為 20s，由于從開(kāi)始刺激到第 1s 時(shí)間內(nèi)模型處于初始化階段，其結(jié)果可能存在偏差，不具有參考價(jià)值，因此在計(jì)算時(shí)忽略第 1s 內(nèi)的尖峰數(shù)量，只計(jì)算之后的1s~19s 內(nèi)的數(shù)量。模型的響應(yīng)尖峰頻率與刺激頻率和突觸數(shù)量的函數(shù)關(guān)系如圖 4.12

第四章 基于細(xì)胞形態(tài)的單極刷細(xì)胞詳細(xì)房室模型49圖4.12 刺激頻率與模型響應(yīng)頻率關(guān)系圖圖 4.13 中橫軸為突觸數(shù)量，縱軸為響應(yīng)尖峰頻率。可以觀察到響應(yīng)尖峰頻率與突觸數(shù)量之間也存在著一定的關(guān)系。在突觸數(shù)量為 1—4 時(shí)，，響應(yīng)尖峰頻率與突觸數(shù)量表現(xiàn)出極強(qiáng)的線性正相關(guān)，而突出數(shù)量為 5 時(shí)，這種關(guān)系較為平緩�；趩螛O刷細(xì)胞與其它細(xì)胞形成的的突觸數(shù)量一般較少的考慮，可以認(rèn)為模型響應(yīng)尖峰的頻率與突觸數(shù)量呈現(xiàn)線性正相關(guān)，即在其它參數(shù)相同時(shí)，突觸數(shù)量越大，響應(yīng)尖峰頻率值越大。圖4.13 突觸數(shù)量與模型響應(yīng)頻率關(guān)系圖綜上，單極刷細(xì)胞詳細(xì)房室模型響應(yīng)尖峰頻率與泊松刺激頻率呈現(xiàn)近似正相關(guān)，與突觸數(shù)量呈現(xiàn)近似線性正相關(guān)。本章模型所得到的這種響應(yīng)頻率和突觸數(shù)量的依賴?
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：R338

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本文編號(hào)：2603629