結(jié)合已有關(guān)于突觸噪聲輸入下神經(jīng)元放電形式現(xiàn)象的研究,建立一個類似生理條件下的運動神經(jīng)元膜特性的數(shù)學模型。該模型再現(xiàn)了有無突觸噪聲兩種情況下的神經(jīng)元放電的基本形式,在含有噪聲輸入情況下再現(xiàn)了膜振蕩的現(xiàn)象。在此基礎(chǔ)上分別對上述兩種情況神經(jīng)元動作電位的個數(shù)、幅度以及閾值作了定量描述。與雙斜坡刺激相比,興奮性突觸輸入增加動作電位個數(shù)約為16個,但是興奮閾值增加;抑制性突觸輸入減少動作電位個數(shù)約為19個,興奮閾值減小。在抑制性噪聲輸入和混合突觸輸入的情況下,動作電位幅度增量明顯比雙斜坡刺激的要小,其平均值分別下降為0.68、0.33 mV。該數(shù)學模型能夠很好地模擬電生理實驗過程中神經(jīng)元含有膜振蕩的動作電位現(xiàn)象,這對后續(xù)電生理神經(jīng)元的分析以及細胞放電的病理研究提供了手段與依據(jù)。 

【文章來源】：中國醫(yī)學物理學雜志. 2020,37(04)CSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

含有5個部分的神經(jīng)元模型

利用兩種輸入模式對神經(jīng)元的興奮性進行研究：一種是在神經(jīng)元上直接給予幅度為6 nA雙斜坡電流刺激（圖2a），其對應(yīng)神經(jīng)元的輸出如圖2b所示；另一種是在突觸噪聲輸入（分3類：興奮性突觸輸入、抑制性突觸輸入和混合突觸輸入，其中混合突觸輸入是指同時給予神經(jīng)元興奮性和抑制性突觸輸入）情況下給予雙斜坡刺激，噪聲的興奮性電導與抑制性電導的均值分別為0.03和0.02 mS（以下稱“突觸輸入”，如圖2d所示，未顯示雙斜坡電流刺激），其對應(yīng)神經(jīng)元的輸出如圖2e所示。與圖2b不相同的是圖2e產(chǎn)生的動作電位是攜帶有膜電壓的振蕩（在動作電位閾值附近）；圖2c和圖2f分別表示圖2b和圖2e第一個動作電位的閾值（紅色箭頭）。2 結(jié)果

本研究模擬了突觸輸入下的膜電位的變化，比較了不同輸入條件下的動作電位的個數(shù)、幅度、閾值的改變，研究背景噪聲輸入對興奮性神經(jīng)元動作電位的影響。研究發(fā)現(xiàn)不管是興奮性突觸輸入還是抑制性突觸輸入對動作電位的幅度影響不大，但對動作電位的閾值和個數(shù)產(chǎn)生了明顯的影響，這說明噪聲輸入調(diào)節(jié)了神經(jīng)元的放電頻率，而其放電頻率的變化直接反映了神經(jīng)元的興奮性的變化�？傊�，神經(jīng)元不同模式不同幅度的振蕩可以由具有一定分布的噪聲引起，從而去調(diào)節(jié)神經(jīng)元的興奮性。本研究通過電生理實驗數(shù)據(jù)，利用模型法再現(xiàn)了噪聲突觸輸入引起的神經(jīng)元動作電位的變化，為以后真實神經(jīng)元電生理實驗的開展提供了一種檢驗與預(yù)測的手段。大多數(shù)的實驗電生理數(shù)據(jù)表明神經(jīng)元放電過程中攜帶著膜振蕩的信息。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因一方面是由于可興奮的神經(jīng)元在接收上行神經(jīng)元的信號（這種信號可以是興奮性或抑制性的信號；信號可以有強有弱），經(jīng)過許多信號混合后引起的膜振蕩，超過興奮性神經(jīng)元閾值的就會產(chǎn)生動作電位；另一方面絕大多數(shù)神經(jīng)元與神經(jīng)元之間的聯(lián)系是通過突觸耦合在一起的，突觸前神經(jīng)元信息傳遞到突觸前膜上會引起大量的神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，這種化學遞質(zhì)經(jīng)過突觸后膜轉(zhuǎn)換成電信號，在突觸后神經(jīng)元上也就會檢測到膜的振蕩現(xiàn)象。后期還將會在離子通道水平對這些變化進行深入研究。


本文編號：3253764