膠質細胞調製神經元網路時空動力學行為研究

《膠質細胞調製神經元網路時空動力學行為研究》是依託西安交通大學，由吳瑩擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：膠質細胞調製神經元網路時空動力學行為研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：吳瑩
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

傳統的觀點認為膠質細胞僅為神經元提供支撐和營養，但最新實驗研究表明膠質細胞同樣能感知外界刺激，其反應選擇性甚至高於相鄰神經元，因此膠質細胞對神經元放電活動的調製作用成為近幾年研究的焦點問題。本項目擬採用非線性動力學和複雜網路理論分析方法，考慮膠質細胞間、膠質細胞與神經元間不同連線方式構建膠質細胞-神經元耦合網路動力學模型，探討網路不同連線方式和連線強度對膠質細胞-神經元耦合網路放電時空行為的影響；探討膠質細胞與神經元耦合過程中噪聲關聯性的數學描述，研究關聯噪聲對膠質細胞-神經元耦合網路的影響行為；研究離子通道中毒和溫度影響下，膠質細胞-神經元耦合網路時空動力學行為。本項目旨在揭示膠質細胞在神經系統信號傳遞和整合過程中的動力學機制，是非線性科學與生物神經科學交叉學科的基礎性前沿研究，項目研究對腦神經性疾病研究及臨床診斷治療具有潛在的套用價值。

結題摘要

我們完全按照年度計畫執行，每年按期提交年度報告，並圓滿達到預期目標。本項目首先根據膠質細胞間、膠質細胞與神經元間不同耦合方式，構建膠質細胞-神經元網路動力學模型， 並基於所建模型研究膠質細胞調控神經元網路發放節律的動力學行為。重點在以下幾個方面開展了探索性工作：（1）膠質細胞遞質擴散對神經元網路放電行為的影響；（2）電磁輻射環境下的神經元網路放電動力學行為。（3）化學突觸耦合下時空斑圖形成和躍遷動力學行為以及時空斑圖的定量刻畫；（4）利用磁共振成像數據(fMRI)，研究任務態和疾病態的腦功能網路動力學行為。 研究結果揭示了膠質細胞遞質（谷氨酸）釋放和擴散能夠激活突觸後神經元受體，從而調控遠程神經元放電行為；構建了電磁輻射影響下神經元模型，揭示電磁輻射環境下神經元放電行為，結果表明電磁輻射能夠抑制神經元放電，驗證了實驗現象；構建化學突觸耦合神經元模型，揭示了化學突觸調節時空斑圖形成的機理，驗證了螺旋波對神經元放電活動的調節作用；引入排列熵刻畫神經元網路的放電複雜度，發現了規則時空斑圖的轉換與網路放電複雜度的關係；採用核磁共振數據構建腦功能網路，揭示了不同腦區對視覺刺激不同回響的機理,發現ADHD誘使神經信息流動更加混亂。本項目研究結果有利於幫助我們更好地理解膠質細胞在神經系統信號傳遞和整合過程中的重要作用，對腦神經性疾病研究及臨床診斷治療具有潛在的套用價值。 本項目研究成果共發表論文14篇，其中SCI檢索論文8篇，EI檢索論文1篇，國核心心期刊收錄1篇，會議論文4篇，培養博士後1名, 博士生3名。