《星形膠質細胞與神經元耦合系統的隨機動力學行為研究》是依託中國礦業大學，由唐軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：星形膠質細胞與神經元耦合系統的隨機動力學行為研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：唐軍
- 依託單位：中國礦業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
傳統觀點認為星形膠質細胞是為神經元提供結構和代謝支持的被動單元，最近的科學研究發現，星形膠質細胞能積極調節神經元的代謝和內環境，參與神經元的活動，對神經系統的生理活動具有重要的作用。本項目以星形膠質細胞和神經元耦合系統為研究對象，理論研究多種來源的隨機性對系統動力學行為的影響。首先以相關實驗數據和確定性理論模型為基礎，建立隨機模型；以隨機模型為基礎，採用理論分析與數值計算相結合的方法，研究在考慮隨機性後，系統中各種調節通路在突觸通信中所起到的作用；研究系統對含有噪聲的ATP信號的回響方式；研究隨機性與星形膠質細胞中鈣離子自發振盪的關係，以及同時神經元對自發鈣離子振盪的回響，該回響方式可能與癲癇病的發生相關。通過該項目的實施，我們期望找到隨機性在星形膠質細胞參與突觸通信中所起到的關鍵性作用；同時，項目的實施有助於進一步認識星形膠質細胞在突觸通信中作用的機理。
結題摘要
本項目採用數值計算與理論分析相結合的方法，研究了神經元和膠質細胞耦合系統的動力學行為、神經發放斑圖以及噪聲對神經膠質耦合系統的影響。另外，本項目還採用數值模擬的方法研究了規則神經網路中噪聲和缺陷對神經斑圖的影響。 首先，基於Hodgkin-Huxley（HH）神經模型和Li-Rizel鈣離子模型，我們建立了一個包含兩個神經元和一個膠質細胞的三單元模型。通過該模型的分析和模擬發現，膠質細胞的存在能誘導神經信號變成一種陣髮式發放，這種發放方式廣泛存在於各種神經元。 然後，我們將離子通道噪聲引入該模型。結果發現噪聲能通過誘發自發鈣離子振盪在多種參數區域範圍內誘導閾值下的神經元陣髮式發放，而且陣髮式發放的規則性呈現出隨機共振的現象；兩神經發放的同步性和產生的機制也呈現出多樣性的特徵。 最後，我們以一些簡單模型為基礎，研究了規則神經網路中螺旋波斑圖的產生和穩定性問題，以及噪聲和非均勻區域對螺旋波的作用效果。結果發現螺旋波斑圖對這種空間噪聲具有很好的魯棒性，噪聲雖然不能壓制螺旋波，但是我們發現它可以誘導螺旋波波頭軌跡的轉變；擴散型的離子通道中毒很容易實現螺旋波的破裂，局域中毒能夠打破靶波形成螺旋波。另外，我們發現當螺旋波接近了非均勻區域的時候，它對螺旋波有排斥力作用；而當螺旋波被非均勻區域釘雜住以後，它對螺旋波又有很強的吸引作用。我們考慮用電場將螺旋波推向或推離非均勻區域，並以所採用的電場強度來定量相應的排斥或吸引力。
