外加电流和磁流下前包钦格复合体神经元中混合簇放电的动力学分析

新生哺乳动物呼吸节律的产生与pre-Botzinger复合体中神经元的节律性放电密切相关.放电行为是神经系统中一种复杂的非线性现象,表现为多种模式.混合簇放电是实验观察到的一类放电模式,其产生涉及复杂的动力学机制.磁流和电流的引入对神经元的放电模式具有重要的调节作用.我们分别探索了磁流和电流对单个pre-Botzinger复合体神经元内混合簇放电模式的影响.通过快慢分解和双参数分岔分析,研究了磁流和电流对混合簇放电的产生及转迁的动力学机制.结果表明,磁流和刺激电流都能引起混合簇个数的增减性的多次变化,不同于其它簇放电在磁流和刺激电流的作用下引起混合簇个数的单调增加或减少的现象,该结果显示了节律变化现象的多样性.本研究结果有助于揭示和解释呼吸节律中复杂节律模式的动力学机制.

呼吸系统耦合神经元模型中树突型混合簇放电的动力学研究

呼吸是哺乳动物必不可少的生理活动,对维持正常身体功能和生存起着关键作用。位于脑干中延髓外侧区的pre-Bötzinger复合体是哺乳动物产生和调节呼吸节律的中枢部位。本文以耦合pre-Bötzinger复合体中的神经元为研究对象,运用快慢动力学和分岔分析等方法,讨论了三磷酸肌醇浓度对耦合神经元树突型混合簇放电的影响,并揭示了若干树突型混合簇放电模式产生和转迁的动力学机制。研究发现,三磷酸肌醇浓度对树突型混合簇放电的类型和周期具有显著影响。

耦合神经元模型中簇放电的动力学分析

呼吸系统是人和动物重要的生理器官之一,位于新生和成年哺乳动物延髓腹外侧区的pre-Bötzinger复合体被认为是呼吸节律产生的中枢,对于研究呼吸系统起着很重要的作用,正常状态和病理状态下呼吸节律有所不同。本文基于pre-Bötzinger复合体耦合神经元模型,利用相平面分析、分岔分析和快慢动力学分析等方法,研究了耦合pre-Bötzinger复合体的簇放电模式及其转迁机制。结果表明钠电导(gNa)对耦合pre-Bötzinger复合体中兴奋性神经元的簇放电节律有重要的影响。

磁流作用下网络神经元中簇放电的模式

呼吸节律是哺乳动物重要的生理性活动,其产生机制一直受到广泛的关注。关于正常呼吸节律的形成机制,目前主要为起步细胞学说和神经网络学说。其中,神经元网络学说认为依赖于呼吸神经元之间的复杂相互作用。本文,我们主要研究磁流对吸气周期和呼气周期的影响,当呼吸网络中考虑磁流的影响时,网络中的呼吸节律将会表现出许多特性。由于哺乳动物的脑干呼吸中枢模式发生器(CPG)具有许多对生存至关重要的功能,而pre-Bötzinger复合体作为一种CPG,是呼吸节律产生的关键部位。本文研究在磁流作用下,pre-Bötzinger复合体网络系统的节律转迁,并从动力学的角度研究节律转迁的机制。结果表明磁流反馈系数k0对呼吸网络系统的节律模式和周期都具有重要影响。结果对呼吸节律的研究提供有益的参考。

持续钠钙离子电流对呼吸神经元混合簇放电的影响及其动力学分析

实验研究发现哺乳动物脑干中的pre-Bötzinger复合体是呼吸节律产生的关键部位,其中蕴含很多动力学行为。改变钙激活非特异性阳离子电流和持续钠电流,此类吸气神经元模型可以产生一系列特殊的胞体–树突混合簇放电模式,即同一周期内有多种类型簇放电的放电模式。利用快慢变量分离和分岔分析等动力学方法探究混合簇放电的产生和转迁机制,发现钙激活非特异性阳离子电流和持续钠电流的变化导致混合簇的数量和类型的变化,为以后探究呼吸运动节律起源提供理论支持。

方波电流对混合簇放电的影响及其动力学分析

Pre-Bötzinger复合体(简称pre-BötC)是新生哺乳动物产生正常呼吸节律的关键部位。当神经元受到外部刺激时,其放电模式会发生改变。方波电流是最简单且易实现的一种电流形式。本文通过调控方波电流的三个变量,来研究方波电流对神经元放电模式的影响。并通过时间序列和单参数分岔分析以及双参数分岔分析的方法,探究放电模式产生及转迁的动力学机制。结果表明方波电流可以诱导神经元产生混合簇放电。本文的研究结果为进一步理解神经系统中混合簇放电的产生机制提供了有益的参考。

大鼠损伤神经的三种诱发簇放电节律

实验运用单纤维记录技术,观察了损伤神经起步点自发放电在改变[Ca2+]。和veratridine作用下放电节律的变化。结果表明:在每一标本上,记录到的相同背景的自发放电在低与高Ca2+浓度和veratridine的作用下,转化为三种不同类型的簇放电。结果提示,神经元放电的节律形式与刺激的性质相关,不同的节律形式可能携带着不同的神经信息。

两房室神经元模型的同步簇放电的动力学分析

研究一个具有电流反馈的两房室锥体神经元的簇放电动力学问题.首先,利用数值模拟研究了该神经元的树突和胞体两个房室之间的峰相位同步行为.其次,基于快慢动力学分析方法,给出了快子系统的双参数分岔曲线图,结果表明快子系统产生了3个余维-2分岔点,它们分别为fold-Hopf分岔点ZH、Cusp分岔点CP和Bogdanov-Takens分岔点BT.最后,根据这些余维-2分岔点确定系统存在着丰富的簇放电模式,如"fold/fold"型,"Hopf/Hopf"型,"Hopf/homoclinic"型以"fold/homoclinic"型簇振荡等,并分析研究了簇放电模式的产生以及它们之间相互转迁的动力学机理.本文的研究结果进一步表明了神经元的几何形态特性对于神经元放电模式多样性的重要影响.

胰腺β细胞的簇放电分析及其同步研究

簇放电是在胰岛分泌胰岛素时主要的放电模式.考虑具有代表性且较为简单的Sherman模型,对以下问题进行了研究:首先,应用快慢动力学分析研究了锥形和方波形簇放电模式的动力学性质;其次,利用常微分方程的定性与分岔理论的知识,探讨了与静息状态和放电状态相关的分岔点的性质,主要分析了平衡点的Hopf分岔;最后,研究了2个相互电耦合簇放电的胰腺β细胞之间的同步性转变.数值结果表明:改变耦合强度和慢时间常数都可以引起复杂的同步状态转迁变化.一个有趣的发现是,只要耦合强度适当,耦合β细胞总是可以达到完全同步状态.

利鲁唑对大鼠背根节神经元诱发簇放电的抑制作用及电流机制

目的 探讨利鲁唑（riluzole）对慢性背根节压迫（chronic compression of dorsal root ganglion,CCD）模型大鼠背根节（dorsal root ganglion,DRG）神经元诱发簇放电（evoked-bursting,EB）的抑制作用及电流机制.方法 33只健康SD大鼠,随机分为正常对照组（n=13）及CCD模型组（n=20）,进行离体膜片钳全细胞记录.结果 CCD术后DRG神经元EB发生率增高,达53%（44/83）,与正常对照组比较差异有统计学意义（P〈0.05）;DRG局部给予利鲁唑（1、10、100 μmol/L）浓度依赖性抑制持续性钠电流（persistent sodium current,INaP）,100 μmol/L利鲁唑可抑制阈下膜电位振荡幅度及EB放电.结论 利鲁唑通过阻断INaP抑制EB放电而发挥外周镇痛作用.

化学突触耦合神经元的簇放电同步

本文研究了经化学突触耦合的两个神经元的簇放电同步以及耦合后神经元的簇放电动力学性质。根据簇相位的定义,通过计算得到兴奋性耦合导致两个神经元达到同相簇放电同步,而抑制性耦合则使得两个神经元反相同步产生簇放电。本文给出了衡量单个神经元簇动力学的指标-宽度因子,根据此指标将簇放电模式分类为短簇和长簇两种,并且讨论了不同簇放电模式以及耦合方式对于耦合后神经元簇动力学性质的影响。结果表明兴奋性耦合有利于簇放电的整合,短簇的放电模式对于耦合作用具有鲁棒性。这一结果的研究对于将来神经实验中识别簇放电同步具有指导意义。

不同时间尺度的慢变量引起的簇放电研究

本文基于两个重要的慢负反馈机制给出了一个组合型的胰腺β-细胞模型.在这个模型中,不同簇放电模式对快、中、慢的振荡周期具有鲁棒性,这样可以通过快振荡周期簇放电模式的快慢动力学分析得到所有簇放电的动力学机理和拓扑类型.对于快振荡周期的簇放电,较慢的慢变量a几乎为常数,较快的慢变量Cer对快子系统没有影响,因此只要考虑慢变量Css作为快子系统的分岔参数的快慢动力学分析来研究不同模式的簇放电行为.

神经元Morris-Lecar模型簇放电活动的分岔研究

基于神经元ML模型,在不同参数条件下进行了数值仿真,得出神经元簇放电活动的4类模式:fold/fold点-点滞后环型、fold/fold滞后环Hopf/Hopf型、fold/homoclinic滞后环的fold/homoclinic型、fold/homoclinic滞后环Hopf/homoclinic型。借助快慢动力学分岔分析,研究了模式的动力学行为和产生机制。

神经元Chay模型簇放电活动的分岔研究

对于神经元Chay模型,数值仿真了不同参数条件下,系统出现的四种典型的簇放电活动,得出了神经元簇放电活动中四类不同的模式:fold/fold滞后环的fold/Hopf型、fold/fold点-点滞后环型、fold/homoclinic滞后环的Hopf/homo-clinic型、fold/homoclinic滞后环fold/homoclinic型,并应用快慢动力学分岔分析方法,研究了它们的动力学行为和产生机制.

分段线性脉冲神经元模型的簇放电分析

应用一种二维分段线性脉冲神经元模型的简单计算特性,对其簇放电特性进行了详细研究。发现该模型表现出强迫和内禀两类簇放电模式,并分析了内禀簇放电的产生机理及分岔现象。在实验中,应用该模型对一类具有簇放电特性的皮层神经元进行了模拟。

实验性神经起步点产生的整数倍簇放电节律

随机Hindmarsh-Rose模型中产生簇(bursting)放电节律是神经放电中存在随机自共振的一个重要理论证据,但是,该簇放电节律在实验中一直没有被发现。在实验性神经起步点细胞外[Ca^(2+)](Ca^(2+)]o)低于周期1节律的[Ca^(2+)]o时,发现了一种簇放电节律。其簇簇间期(inter-burst intervals,IBIs)呈现出与随机自共振引起的整数倍峰放电(integer multiple spiking)节律的峰峰间期类似的整数倍特征。随机Hindmarsh-Rose模型中产生的簇(bursting)放电节律也表现出类似的特征。结果验证了随机自共振簇放电的存在性,揭示该簇放电节律的统计特征。此外,该簇放电节律的参数区间以及其与整数倍峰放电节律的区别被揭示,簇放电节律的[Ca^(2+)]o低于峰放电节律的[Ca^(2+)]o。

神经起步点产生的一种新型簇放电节律——阵发周期1节律

实验中发现了神经起步点产生的一种新型的簇放电节律——阵发周期1节律。其特征如下:连续周期1放电与休止期(quiescence)轮流出现;非周期性, 连续放电持续期、连续放电次数以及休止期有较大变异性;位于周期1节律和静息状态之间。具有较长周期的伪单色噪声激励的FHN(FitzHugh-Nagumo)模型可以产生类似的阵发周期1节律。模型和实验中的阵发周期1节律的统计特征、变化规律和所处的参数区间相类似。这表明:阵发周期1节律是由与伪单色噪声类似的长时程振荡激励引起的。

神经元HR模型簇放电活动的计算机仿真

针对神经元HR模型,通过数值仿真,发现系统出现4种不同的转迁行为。运用快慢动力学理论,将这些神经元簇放电活动归结为4类不同的模式:fold/fold滞后环fold/SupHopf型、fold/fold滞后环SupHopf/SupHopf型、fold/fold点-点滞后环型、fold/homoclinic滞后环的fold/homoclinic型,并探讨它们的动力学行为和产生机制。

耦合Pre-B?tzinger复合体中神经元的反相簇放电模式及同步研究

本文以pre-B?tzinger复合体中两个耦合兴奋性神经元为研究对象,分别研究了耦合神经元反相簇放电类型及其同步转迁.当钠电导参数在一定范围内变化时,耦合神经元分别表现为"sup-Hopf/fold cycle"型和"fold/fold cycle"型反相簇放电.通过计算耦合神经元的簇放电内的峰相位差,进而判定反相簇放电中的峰同步行为,并且研究了反相放电的类型与同步的关系.

耦合pre-B tzinger复合体神经元中混合簇放电的多时间尺度动力学分析

Pre-B tzinger复合体是新生哺乳动物呼吸节律起源的关键部位,是呼吸节律产生的中枢.本文以pre-B tzinger复合体中两个耦合的神经元为研究对象,并考虑钙离子动力学的耦合神经元模型.利用多时间尺度动力学、快慢尺度分解和分岔分析,研究混合簇同步放电模式及其产生机制,并研究了耦合神经元同相和反相簇放电类型及其同步转迁.结果表明钙离子的周期性波动对混合簇放电模式的产生有极大的影响,钙离子波动导致的时间尺度变化及分岔曲线相对位置的改变是混合簇放电产生的主要原因.本文的研究对认识pre-B tzinger中大规模网络的动力学有着重要的意义,为进一步探索呼吸节律的产生机制提供了一些有益的思考和见解.