突触噪声对神经元兴奋性调节的模型研究

发布时间：2021-06-28 06:01

　　结合已有关于突触噪声输入下神经元放电形式现象的研究,建立一个类似生理条件下的运动神经元膜特性的数学模型。该模型再现了有无突触噪声两种情况下的神经元放电的基本形式,在含有噪声输入情况下再现了膜振荡的现象。在此基础上分别对上述两种情况神经元动作电位的个数、幅度以及阈值作了定量描述。与双斜坡刺激相比,兴奋性突触输入增加动作电位个数约为16个,但是兴奋阈值增加;抑制性突触输入减少动作电位个数约为19个,兴奋阈值减小。在抑制性噪声输入和混合突触输入的情况下,动作电位幅度增量明显比双斜坡刺激的要小,其平均值分别下降为0.68、0.33 mV。该数学模型能够很好地模拟电生理实验过程中神经元含有膜振荡的动作电位现象,这对后续电生理神经元的分析以及细胞放电的病理研究提供了手段与依据。 

【文章来源】：中国医学物理学杂志. 2020,37(04)CSCD

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

含有5个部分的神经元模型

利用两种输入模式对神经元的兴奋性进行研究：一种是在神经元上直接给予幅度为6 nA双斜坡电流刺激（图2a），其对应神经元的输出如图2b所示；另一种是在突触噪声输入（分3类：兴奋性突触输入、抑制性突触输入和混合突触输入，其中混合突触输入是指同时给予神经元兴奋性和抑制性突触输入）情况下给予双斜坡刺激，噪声的兴奋性电导与抑制性电导的均值分别为0.03和0.02 mS（以下称“突触输入”，如图2d所示，未显示双斜坡电流刺激），其对应神经元的输出如图2e所示。与图2b不相同的是图2e产生的动作电位是携带有膜电压的振荡（在动作电位阈值附近）；图2c和图2f分别表示图2b和图2e第一个动作电位的阈值（红色箭头）。2 结果

本研究模拟了突触输入下的膜电位的变化，比较了不同输入条件下的动作电位的个数、幅度、阈值的改变，研究背景噪声输入对兴奋性神经元动作电位的影响。研究发现不管是兴奋性突触输入还是抑制性突触输入对动作电位的幅度影响不大，但对动作电位的阈值和个数产生了明显的影响，这说明噪声输入调节了神经元的放电频率，而其放电频率的变化直接反映了神经元的兴奋性的变化。总之，神经元不同模式不同幅度的振荡可以由具有一定分布的噪声引起，从而去调节神经元的兴奋性。本研究通过电生理实验数据，利用模型法再现了噪声突触输入引起的神经元动作电位的变化，为以后真实神经元电生理实验的开展提供了一种检验与预测的手段。大多数的实验电生理数据表明神经元放电过程中携带着膜振荡的信息。产生这种现象的原因一方面是由于可兴奋的神经元在接收上行神经元的信号（这种信号可以是兴奋性或抑制性的信号；信号可以有强有弱），经过许多信号混合后引起的膜振荡，超过兴奋性神经元阈值的就会产生动作电位；另一方面绝大多数神经元与神经元之间的联系是通过突触耦合在一起的，突触前神经元信息传递到突触前膜上会引起大量的神经递质的释放，这种化学递质经过突触后膜转换成电信号，在突触后神经元上也就会检测到膜的振荡现象。后期还将会在离子通道水平对这些变化进行深入研究。


本文编号：3253764