摘要神经科学领域的探究一直是一个热门课题,对神经元或神经系统的研究是探索人脑奥秘的前提。实际上,神经元处于复杂的环境中,受到不同的外刺激,这些都影响着神经系统的动力学行为。而信号的转导和传递分别通过离子通道和突触来完成。可以通过数学模型模拟神经元的真实电生理活动,为进一步认知和研究大脑机制提供潜在的指导。<br> 本文基于Hodgkin-Huxley模型,考虑离子通道阻塞效应,在模型中分别引入多频外周期信号、离子通道噪声、电突触耦合和化学突触耦合。并利用数值模拟和非线性动力学方法研究神经元的各种放电行为,取得以下研究成果:<br> (1)考虑多频周期信号,通过分岔分析发现:调节多频周期信号的振幅可以改变神经元放电的分岔点,增大多频周期信号的频率可以改变放电周期。增加离子通道噪声可以增大尖峰放电的频率,适当降低离子通道噪声可以使神经元放电更加稳定。离子通道阻塞对神经元放电行为的影响表明,钾离子通道阻塞可促进神经元的兴奋性,钠离子通道阻塞可抑制神经元的兴奋性。并且揭示了存在一个最佳的钾离子通道阻塞系数使神经元的放电活动最有规律,而钠离子通道被阻塞时会破坏这种有序性。<br> (2)引入电突触耦合,研究神经元的同步和响应行为。发现:两神经元放电的同步性随着电耦合强度的增加而增强。存在最优的耦合强度使神经元对外信号的响应达到最佳。当电耦合强度很大时,两神经元的放电状态完全同步,此时通过调节耦合强度可以观察到周期一混沌交替出现的放电模式。中等程度的钾离子通道阻塞使神经元对外信号的响应是最强的。<br> (3)引入化学突触耦合,研究神经元的同步和响应行为。发现:两神经元放电的同步性随化学耦合强度的增加而增强。神经元对外信号的响应随着耦合强度的增加先增大,并存在一个显著的最大值,但进一步增大耦合强度会抑制这种响应现象。当耦合强度极小时,两神经元放电的同步性随着钾离子通道阻塞系数的增大先减弱后增强。当耦合强度较大时,钾离子通道阻塞对神经元放电的同步性基本没有影响。适当的钾离子通道阻塞使神经元对外信号的响应处于最佳状态。
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