自突触对HH神经元正弦信号响应的调节

发布时间：2021-11-20 13:52

　　自突触是神经系统中的一类特殊的突触,连接神经元与其自身,也构成了神经系统中最短的信号反馈回路。神经元对外界信号的整合和响应受到自突触调节,有着重要的生理意义和丰富的动力学现象。基于计算模型方法,本文研究了自突触对Hodgkin-Huxley神经元响应外界信号的调节行为。无自突触作用条件下,神经元对不同阈值上正弦信号刺激产生不同锁模形式的动作电位响应,而对阈值下信号需在噪声背景下才能随机响应动作电位。自突触作用的加入,神经元对阈值上正弦信号的响应会被调制,锁模行为发生改变。同时也会出现一些不随自突触变化的刺激信号频段。另外,自突触也能够增强神经元对阈下信号的探测能力,随着突触作用延迟时间增加,神经元的响应会出现自突触诱导的共振现象。 

【文章来源】：甘肃科技. 2020,36(20)

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

HH神经元在不同幅度正弦刺激下的响应频率及时间序列

为了研究方便，我们选择刺激信号的幅度为8μA/cm2。频率分别选择10、50、90、120、150和170Hz。在这些刺激作用下，神经元无自突触连接时候响应如图1所示。在这些不同频率刺激作用，神经元表现的锁模关系不同：10Hz的刺激诱导神经元簇发发放，表现出1:2的锁模关系，既1个刺激周期神经元响应3个动作电位；50Hz的刺激使得神经元表现出1:1的锁模关系；90Hz的刺激使得神经元表现出3:2的锁模关系；120Hz的刺激使得神经元表现出2:1的锁模关系；150Hz的刺激使得神经元表现出5:2的锁模关系；170Hz的刺激使得神经元表现出3:1的锁模关系。图2给出了神经元在自突触调节下对不同频率的阈值上刺激的响应频率随突触作用延迟的变化。从图中可以看到，随着自突触作用延迟的增加，神经元响应信号与刺激信号的锁模关系会被自突触所调节。当刺激频率为50Hz和120Hz的时，随着自突触作用延迟时间变化，神经元的响应频率并没有发生改变。但是，当刺激频率为20Hz时，突触延迟比较小的情况下，神经元的响应频率没有被调制。随着延迟时间增加，响应频率先减小，然后增加到之前的两倍。当延迟时间超过17ms左右时，响应频率缓慢减小进入一个短暂平台期后又增加。当刺激频率为90、150和170Hz时，神经元的响应频率在突触延迟时间较短情况下不发生变化。随着延迟时间增加（超过5ms），神经元的响应频率相继开始增加，然后减小。随着延迟时间进一步增加，则响应频率也会发生增加和减少到原来频率的变化。值得一提的是，这些频率的正弦信号刺激下，自突触调节的神经元频率响应（除了低频刺激情况外）几乎都不会小于原来响应频率。

对于阈值下正弦信号，神经元在没有噪声的作用是不发放动作电位响应的，见图1中神经元对强度为1μA/cm2的刺激信号的响应频率。然而存在噪声作用，神经元会随机响应动作电位，不同的频率作用下发放动作电位的频率也会有涨落。图3给出了噪声作用下，神经元对阈值下正弦信号的响应。从图3(a)中可以观察到，对于弱噪声，例如强度为D=0.5μA/cm2的噪声，并不能引起神经元的动作电位响应。对于噪声强度足够大，则神经元会在噪声和阈值下正弦信号的共同作用下随机发放动作电位。并且随着噪声强度的增加神经元的响应频率也增加。图3 (b)-(d)给出了正弦刺激信号强度为A=1.0μA/cm2，频率分别为10,50和150Hz时，神经元在强度为D=3.0μA/cm2的噪声共同作用下，膜电位的时间演化。可以看到在噪声和阈值下信号的共同作用，神经元的响应是随机的响应，没有确定的峰间距间隔。

【参考文献】：
期刊论文
[1]具有时滞的抑制性自突触诱发的神经放电的加周期分岔[J]. 丁学利,李玉叶.  物理学报. 2016(21)



本文编号：3507460