基於放電起始動力學理論的針刺神經編碼機制研究

《基於放電起始動力學理論的針刺神經編碼機制研究》是依託天津大學，由王江擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於放電起始動力學理論的針刺神經編碼機制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王江
• 依託單位：天津大學

項目摘要

神經系統的生理功能是通過神經編碼實現的。研究表明，神經元放電的起始狀態對神經編碼的形成具有重要作用。本課題組在研究中發現，不同的中醫針刺手法產生不同的神經編碼的同時，也會影響放電的起始動態。因此，本項目提出研究針刺影響放電起始動態的動力學和生理機制以及放電起始動態對神經編碼的作用機制，進而揭示針刺神經編碼的形成機理。.通過實驗獲取針刺足三里時動物脊髓背角的神經電信號，並套用非線性時間序列方法進行分析，得到不同針刺手法的神經元放電模式；結合Hodgkin-Huxley、Morris-Lecar等模型的動力學特性，建立刻畫神經元放電起始動力學的具有生物物理意義的低維最小數學模型，利用相平面和分岔分析等非線性動力學方法，分析放電起始狀態的動力學過程及其與神經系統敏感性、適應性、可靠性及自平衡性等特性的關係，研究放電起始動態對神經編碼的作用機制。

結題摘要

研究神經元放電的起始動力學對於探索神經系統的編碼和解碼機制具有重要意義，本項目首次從神經元放電起始動力學角度研究針刺的神經編碼機制，對於科學研究針刺的作用機理提供了理論基礎。 通過設計針刺動物足三里穴實驗，獲取脊髓背根和背角神經電信號，採用非線性時間序列方法進行時間和空間分析，發現不同針刺手法作用下神經元具有不同的放電起始動力學機制，且不同頻率的針刺刺激具有不同的動作電位閾下機制，獲得了神經元對不同手法和頻率針刺的編碼規律。 基於實驗數據分析，從時間空間編碼與解碼的角度分析了不同針刺作用的編碼規律，得出不同手法和頻率針刺產生的神經電信號有不同特徵。利用參數估計方法建立了針刺神經回響模型即廣義線性模型和狀態空間模型。此模型的建立是量化針刺刺激輸入方面的歷史性突破，成功刻畫了不同頻率和手法的針刺刺激在放電編碼中具有的特徵，同時為認識外部刺激是如何通過改變神經元放電起始動力學調節神經元活動的提供了理論依據。 建立了具有影響起始動力學參數的神經元單室和兩室最小模型，研究了不同形式電場作用下Hodgkin定義的三類神經元放電特性及其起始動力學機制，得到了放電起始動力學與神經元的固有特性關係，發現了神經元形態參數是影響電場效應的關鍵因素。首次從生物物理機制角度，分析並發現了神經元放電起始動態特性與參數之間的關係，得到了神經元放電適應性及敏感性等規律。建立了基於最小模型的不同神經元網路，得到了起始動力學對信號在不同網路中的傳播和檢測等編碼機制的影響。閉環電生理是一個開放課題，首次利用起始動力學機制和控制理論，實現神經元、神經元網路及核團的放電規律控制，並且實現了通過改變起始動力學來影響神經元的編碼機制，揭示了不同的針刺形式具有不同的神經元編碼機制。