《基於放電閾值調製海馬時間編碼的閾下場效應機理研究》是依託天津大學，由魏熙樂擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於放電閾值調製海馬時間編碼的閾下場效應機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：魏熙樂
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
研究發現閾下電場能夠在閾上突觸活動背景下精確影響海馬神經元的放電時刻，暗示了閾下電場具有精確調製海馬時間編碼的能力，但其生物物理機制尚不清楚。動態的放電閾值可靈活塑造神經元對閾上刺激的時間編碼，從放電閾值角度能夠闡釋閾下電場調製海馬時間編碼的潛在機理。胞體和軸突是動作電位起始的重要區域，包含豐富的閾下活動的慢失活離子通道，我們認為胞體-軸突的閾下特性是決定放電閾值的關鍵因素，且閾下電場對神經元的閾下活動具有顯著的干預能力。因此，項目提出從胞體-軸突的閾下動力學角度闡釋動態放電閾值的生物物理機制，進而揭示閾下電場通過調製放電閾值參與海馬時間編碼的機理。項目首次建立包含胞體-軸突慢失活離子通道的海馬場效應模型；研究放電閾值對胞體-軸突閾下振盪以及慢失活離子通道動力學的依存性，以及該過程對海馬核團放電編碼特性的影響；結合放電閾值的實驗數據和理論分析，闡釋閾下電場精確調製海馬時間編碼的場效應機理。
結題摘要
閾下電場作為腦調製技術被廣泛套用於神經疾病的治療以及腦功能研究中。目前人們對閾下電場如何參與神經編碼的生物物理機制尚不清楚。 放電閾值可靈活塑造神經元對閾上刺激的時間編碼，從放電閾值角度能夠闡釋閾下電場調製海馬時間編碼的潛在機理。項目揭示了放電閾值的生物物理機制，闡釋了閾下電場調製放電閾值參與海馬時間編碼的場效應機理。主要結果包括： 1、採集了大鼠離體切片的錐體神經元以及在體脊髓背角神經元的動作電位序列，分析了放電閾值曲線的動態變化特性。 2、建立了海馬錐體神經元場效應模型以及場效應耦合的海馬核團模型。 3、基於FPGA的高速和實時硬體仿真平台模擬了大規模海馬核團網路。 4、得到了神經元閾下振盪對閾下電場的敏感性機制：離子通道在低頻段對塑造閾下振盪特性具有重要的作用，且其空間異質性使得閾下振盪具有空間依賴性。 5、得到了電場閾值與神經元放電起始的閾下電流競爭機制：神經形態通過調節徑向電流，改變離子電流在閾下膜電位處的競爭關係，從而影響電場對神經元起始放電的調製作用。 6、建立了放電閾值動態的流形與神經元輸入-輸出特性之間的生物物理聯繫：跨膜的超極化電流在放電起始前激活程度的差異是導致兩類閾值流形的決定因素。 7、得到了神經元形態調節放電閾值的生物物理機制：神經形態通過調節內部徑向電流影響放電閾值特性，進而改變放電起始對閾下電場的敏感性。 8、得到閾下電場調製放電時間編碼的共振機制：閾下電場效應在神經元的固有頻率及諧波處被局部最大化，內生電場能夠促進集群對於弱信號的檢測和傳遞。 9、分析放電閾值流形對神經元相回響特性曲線的影響，預測了兩類不同閾值流形的神經元集群同步特性的定性差異。 10、研製了多線圈陣列低強度深部經顱磁刺激系統，與傳統線圈比較，刺激深度與聚焦性上均有所改善。 項目研究有助於幫助理解低強度環境電磁場以及腦內自生的電場對大腦節律的影響，為電磁刺激術治療神經系統疾病的臨床研究提供重要的理論依據。
