海馬CA1區(qū)和CA3區(qū)單個(gè)神經(jīng)元放電的仿真研究.pdf

1、研究目的：
　　 海馬屬于邊緣系統(tǒng)，海馬區(qū)神經(jīng)元的放電活動(dòng)與學(xué)習(xí)記憶、情緒行為和癲癇發(fā)作是密切相關(guān)的[1-3]。目前對海馬區(qū)的研究主要集中在CA1區(qū)和CA3區(qū)，海馬區(qū)神經(jīng)元不同的放電模式攜帶著不同的電信號，所以研究神經(jīng)元的放電模式對研究神經(jīng)元信息編碼具有非常重要的意義。動(dòng)作電位的發(fā)放頻率以及每個(gè)爆發(fā)放電中峰放電的個(gè)數(shù)都是衡量放電模式的重要指標(biāo)。本論文的研究目的是：通過對海馬CA1區(qū)和CA3區(qū)單個(gè)神經(jīng)元的建模仿真，分析單個(gè)神經(jīng)元放

2、電模式的變化。
　　 研究方法：
　　 1.海馬CA1區(qū)單個(gè)錐體神經(jīng)元建模：對Warmam[9]等提出的模型進(jìn)行改進(jìn)，建立一個(gè)包括16個(gè)房室的海馬CA1區(qū)單個(gè)錐體神經(jīng)元的電纜模型。模型的胞體室含有五個(gè)離子通道(INa，INap，IDR，IA，IM)，其中不包括鈣電流和由鈣濃度調(diào)節(jié)的鉀電流(ICa，ICT，IAHP)，而包括一個(gè)持續(xù)鈉電流(INap)；樹突室不含有源通道。
　　 2.海馬CA3區(qū)單個(gè)錐體神經(jīng)元建模：

3、本論文應(yīng)用簡化的Traub模型[29]，該模型只含有胞體室和樹突室兩個(gè)房室。模型的胞體室包括兩類離子電流：內(nèi)向的鈉離子電流INa和外向的延遲整流鉀離子電流IK-DR；樹突室包括三類離子電流：內(nèi)向的鈣離子電流ICa和兩類外向鉀離子電流，鈣激活鉀離子電流IK-C和IK-AHP。
　　 3.在海馬CA1區(qū)單個(gè)神經(jīng)元模型中，通過計(jì)算機(jī)仿真分析外界刺激，鉀離子濃度以及離子通道電導(dǎo)對海馬CA1區(qū)單個(gè)神經(jīng)元放電模式的影響。
　　 4.

4、在海馬CA3區(qū)單個(gè)神經(jīng)元模型中，通過計(jì)算機(jī)仿真分析外界刺激以及耦合電導(dǎo)gc對海馬CA3區(qū)單個(gè)神經(jīng)元放電模式的影響。
　　 研究結(jié)果：
　　 1.海馬CA1區(qū)單個(gè)神經(jīng)元模型中，仿真結(jié)果顯示：隨著鉀離子濃度[K+]。的增加，以及鈉通道電導(dǎo)的增加和鉀通道電導(dǎo)的減少，海馬CA1區(qū)單個(gè)神經(jīng)元的放電頻率增加。海馬CA1區(qū)單個(gè)神經(jīng)元的放電行為以單峰或者每個(gè)簇內(nèi)含有兩個(gè)或三個(gè)峰的形式出現(xiàn)，伴隨混合放電?？焖兮c電流INa對海馬CA1區(qū)周期

5、自發(fā)爆發(fā)性放電有重要影響，單獨(dú)的INa足夠維持胞體的自發(fā)性放電。INap是一個(gè)小電流，不足以維持胞體反復(fù)自發(fā)性放電。
　　 2.海馬CA3區(qū)單個(gè)神經(jīng)元模型中，仿真結(jié)果顯示：(1)海馬CA3區(qū)單個(gè)神經(jīng)元的放電模式大致分為五類：低頻率爆發(fā)放電，包括非常低頻率的爆發(fā)放電和低頻率爆發(fā)放電；高頻率節(jié)律放電，包括胞體節(jié)律放電和胞體-樹突節(jié)律放電；非周期混合模式的放電。(2)當(dāng)gc=0mS/cm2時(shí)，神經(jīng)元無爆發(fā)放電行為。隨著單獨(dú)胞體輸入電流

6、Is的增加，海馬CA3區(qū)單個(gè)神經(jīng)元放電頻率增加，神經(jīng)元的放電模式表現(xiàn)為周期節(jié)律放電(somatic Na spike)；隨著單獨(dú)樹突輸入電流Id的增加，神經(jīng)元放電頻率增加，神經(jīng)元的放電模式表現(xiàn)為周期節(jié)律放電(Ca spike)。當(dāng)gc=2.1mS/cm2時(shí)，隨著胞體輸入電流Is的增加，神經(jīng)元的放電頻率增加，神經(jīng)元的放電模式由周期低頻率爆發(fā)放電，到非周期混合放電，再到周期節(jié)律放電，當(dāng)胞體的輸入電流較高時(shí)，神經(jīng)元放電達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的去極化狀態(tài)

7、；隨著樹突輸入電流Id的增加，神經(jīng)元放電頻率增加，神經(jīng)元的放電模式表現(xiàn)為非常低頻率的爆發(fā)放電，低頻率爆發(fā)放電，非周期行為，最后達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)。當(dāng)gc=∞mS/cm2時(shí)，胞體室和樹突室合并為一個(gè)房室，隨Is(Id)的增加，放電頻率增加，神經(jīng)元的放電模式表現(xiàn)為節(jié)律放電(Na-Ca spike)，無爆發(fā)放電行為。
　　 研究結(jié)論：
　　 1.海馬CA1區(qū)單個(gè)神經(jīng)元模型仿真結(jié)果中可見：海馬CA1區(qū)單個(gè)神經(jīng)元放電模式的變化與外界刺

8、激、[K+]。以及離子通道電導(dǎo)有關(guān)。在一定范圍內(nèi)，隨外界刺激電流密度、[K+]。和鈉離子通道電導(dǎo)的增加以及鉀離子通道電導(dǎo)的減少，海馬CA1區(qū)單個(gè)神經(jīng)元的放電頻率增加，放電模式以單峰或者每個(gè)簇內(nèi)含有兩個(gè)或多個(gè)峰的形式出現(xiàn)，伴隨混合放電。
　　 2.海馬CA3區(qū)單個(gè)神經(jīng)元模型仿真結(jié)果中可見：海馬CA3區(qū)單個(gè)神經(jīng)元放電模式的變化與外界刺激和耦合電導(dǎo)gc的值密切相關(guān)。隨外界刺激電流密度的增加，海馬CA3區(qū)單個(gè)錐體神經(jīng)元的放電頻率增加，放