《核內CREB調控的神經元突觸可塑性的信號傳導網路建模》是依託浙江師範大學，由張雪娟擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：核內CREB調控的神經元突觸可塑性的信號傳導網路建模
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張雪娟
- 依託單位：浙江師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
長時程增強(LTP)和長時程抑制(LTD)是神經元突觸可塑性的兩種主要形式。核內轉錄因子cAMP反應結合蛋白CREB對神經元突觸可塑性起著關鍵作用。然而，目前還不清楚神經元突觸與細胞核內之間的信息交流是如何進行的。本項目的目的是研究突觸可塑性的信號傳導機制。為此，我們首先構建一個Ca2+-cAMP-PKA-CREB-NMDA的信號傳導模型。這一模型結合了神經元膜上的電活動、胞內信號級聯反應、核內轉錄因子CREB的磷酸化反應及激髮型和抑制型兩種CREB的有序調控、新的蛋白質合成並反饋到膜上導致NMDA受體亞型數量的改變。根據此模型，我們先重複實驗中觀察到的LTP/LTD現象,從而進一步研究NMDA受體依賴的LTP/LTD的信號傳導機制，並闡明核內激髮型的和抑制型的CREB如何相互有序調控導致突觸的雙向可塑性。進一步我們將研究神經元膜的可激發性與核內CREB活性及AHP電流的密切關係。
結題摘要
神經元的突觸可塑性是神經元學習和記憶的神經生物學機制，而每個神經元由於離子通道的隨機開關以及突觸之間遞質釋放的化學過程，使得神經元系統處於內噪聲和外噪聲的共同作用之中，因此神經元信息之間的傳遞又是一個典型的非平衡態系統。 本項目從單個神經元的膜電位動力學和離子通道隨機動力學的耦合(通常隨機Hodgkin-Huxley模型來表示)、神經元與神經元之間的突觸連線動力學(囊泡釋放動力學)、神經元膜和細胞核內的雙向信息傳遞動力學(通常是一個Ca2+激活的信號傳導網路)、突觸可塑性的長時程和短時稱增強及抑制的建模和動力學分析以及內外噪聲共同作用下神經元系統的非平衡態現象等角度研究神經計算的基本原理。 主要研究結果如下: (i). 對內外噪聲共同作用下的隨機HH神經元，給出了當神經元膜面積變化時的相干共振現象，以及突觸耦合延遲和內噪聲共同作用下的同步現象。 (iii). 以Ca2+/CaM-依賴的cAMP/PKA/CREB 信號傳導通道，研究突觸前膜刺激頻率依賴的 LTP/LTD 現象，以及突觸前後神經元動作電位時間差依賴的 STDP 現象。用一類短時程突觸可塑性的簡化模型研究各類刺激下的突觸可塑性，並根據囊泡釋放的隨機動力學，建立了基於短時程突觸可塑性的隨機HH模型，給出了短時程增強與抑制對突觸效能的影響。 (v). 隨機HH神經元作為逐段決定的Markov過程的精確算法的研究，提出了一種通過對跳躍間隔時間的條件對數生存函式進行分段線性插值的新算法， 此算法可推廣到耦合擴散模型。 (vi). 用耦合擴散模型探討了神經元膜電位和離子通道耦合作用下的隨機動力學及非平衡態機制。給出了給出了平衡態分布、熵產生公式。 以上這些通過模型和數值研究得到的結果是我們在前人基礎上對神經計算原理的進一步理解。特別我們提出的基於逐段決定的Markov鏈的算法對進一步理解神經計算提供了精確而有效的算法基礎，並可套用於隨機化學網路，耦合擴散過程、神經遞質隨機釋放的大規模神經網路。 項目負責人從2013年至今在共發表學術論文7篇, 其中5篇為SCI收錄, 並有一篇論文被評為chaos 當期的 feature paper. 項目合作者共發表SCI學術論文4篇。
