树突的信号整合

在神经系统的信息处理过程中,神经元的基本功能是将突触输入的信息编码为特殊类型的动作电位输出至下一神经元.在此过程中,由数千突触输入引起的突触电位整合为单一的膜电位变化.随着电学记录和成像技术的日臻完善,树突在神经元信号整合中的功能日益突现出来.树突的膜电学特性及其形态结构决定了神经元的输入-输出关系,并决定了突触可塑性诱导的方式.因此,树突的信号编码赋予了单个神经元在特定网络中的计算功能.     

CRMP2蛋白促进海马神经元树突野的形成

目的:探讨坍塌反应调节蛋白2(CRMP2)对海马神经元树突野形成的作用.方法:培养大鼠海马神经元,用基因转染的方法检测CRMP2蛋白的作用,免疫荧光显示树突,全细胞膜片钳检测微小兴奋性突触后电流(mEPSCs).结果:过表达CRMP2促进树突的生长以及分支形成,而敲减CRMP2抑制树突的生长和形成新的分支,CRMP2基因促进树突野的形成,促使树突野变得复杂(P0.05);全细胞膜片钳检测显示:CRMP2促进形成的树突能够表达AMPA受体,而且可以诱导出mEPSCs,而敲减CRMP2抑制树突AMPA受体,以及降低mEPSC的幅度和频率,其改变有统计学差异(P0.05).结论:CRMP2促进功能性树突形成,并提高树突野的复杂性.     

神经元的电缆性质Ⅰ电缆方程及其稳态解

神经元的电缆性质对突触输入的整合具有重要的作用，尽管目前发现神经元树突具有主动膜性质，理解被动膜性质是必要的。本文回故了神经元电缆性质的研究历史，给出了电缆方程的简单推导，并给出了电缆方程稳态解的几种形式。     

神经元的电缆性质Ⅰ 电缆方程及其稳态解

神经元的电缆性质对突触输入的整合具有重要的作用．尽管目前发现神经元树突 具有主动膜性质，理解被动膜性质仍然是必要的．本文回故了神经元电缆性质的 研究历史，给出了电缆方程的简单推导，并给出了电缆方程稳态解的几种形式。     

突触后神经元AMPA受体循环的机制

突触后神经元AMPA受体数量的动态调控是突触可塑性的核心机制.从受体聚集、转运到锚定和降解,每一个环节的失调都可能引起突触传递障碍,是神经发育障碍、退行性疾病以及认知功能障碍发生的根本原因.针对合成、转运、锚定和降解等一系列细胞内事件,总结AMPA受体在突触后膜实现突触传递功能的途径,并分析参与AMPA受体循环调控蛋白的作用,理解AMPA受体动态调控的基本生物学机制.     

抑制性突触输入对神经元发放率响应的影响

文章基于整合发放神经元模型,研究抑制性突触输入和外部周期刺激对神经元发放率的影响。数值结果表明:在突出输入等于阈值时,适当频率的抑制性突触输入对神经元发放率具有易化作用,对神经元发放率峰值具有延迟作用;在突出输入小于阈值时,抑制性突出输入抑制神经元膜电位发放;在外部刺激作用下,神经元发放率幅值与外部刺激有关,刺激频率越高,发放率幅值越小,刺激强度越大,发放率幅值越大。     

整合发放神经元模型突触输入参数估计

文章针对突触输入和噪声共同作用下的整合发放神经元模型,在不考虑放电阈值前提下,采用最小二乘法估计突触输入参数;当考虑神经元放电阈值特性时,将放电阈值看成一个吸收边界,导出膜电位转移概率密度函数,再利用极大似然法估计突触输入参数。结果表明:最小二乘估计仅适合阈下活动的参数估计,而对阈上活动无效;极大似然估计适用于神经元放电的阈值行为;无论是从适用范围还是估计精度来说,极大似然估计都要优于最小二乘估计。     

多巴胺对海马神经元树突和突触形态的调节作用

为探讨多巴胺(dopamine, DA)对海马神经元树突和突触形态的影响及其机制,用体外培养10 d的海马神经细胞DA(0.1μmol/L～10 mmol/L)处理1 h,用绿色荧光标记突触前Syn1,红色荧光标记树突上F-actin,分别显示突触前和突触后树突棘位点,红绿色叠加的黄色区域标示突触.结果表明:1～100μmol/L DA显著增加神经元树突棘和突触密度,该作用可被I类DA受体(DR1)拮抗剂SCH23390或ERK1/2抑制剂U0126预处理消除;10 mmol/L DA显著降低树突棘和突触密度,DR2拮抗剂Sulpride或p38抑制剂消除该抑制作用;同时,1μmol/L的DA显著上调海马神经元DR1蛋白表达,而10 mmol/L的DA上调DR2蛋白表达.以上结果提示,DA对海马神经元树突和突触密度的影响是和剂量有关的双重作用,生理范围的DA浓度经DR1介导的ERK1/2信号通路促进树突棘和突触形成,而DR2介导高剂量DA对树突棘和突触形成的抑制作用,p38信号通路可能参与这一过程.     

基于线性函数型权重的RBF-ARX模型的磁悬浮球系统预测控制

为了充分描述磁悬浮球系统具有非线性、开环不稳定性及响应快速性等特性,建立一个带线性函数权重的RBF-ARX(linear functional weight RBF networks-based ARX model,LFWRBF-ARX)模型。与一般的RBF-ARX模型不同之处在于,它引入1个与工作点状态相关的局部线性结构作为RBF网络输出层的权值。该模型随系统工作点的变化而变化,固定工作点时为局部线性ARX模型,当工作点变化时为全局非线性ARX模型。根据该模型的结构特点,采用结构化非线性参数优化方法(structured nonlinear parameter optimization method,SNPOM)来辨识模型的结构及线性、非线性参数。然后,以辨识的模型为基础,根据模型的局部线性及全局非线性特征设计预测控制器。仿真结果表明:以该建模方法建立的模型能很好地局部和全局描述磁悬浮球系统的动态特性,并能实现小球的稳定悬浮控制,比以一般ARX模型、RBF-ARX模型为基础的控制效果更好。     

电磁场耦合忆阻神经网络的放电模式及同步行为研究

神经元电活动依赖于外界刺激及其感应电流,而细胞内部离子穿越细胞膜会诱发时变磁场。此外,每个细胞膜表面都被视为具有复杂电荷分布的带电体,会产生感应电场。因此,在传统的神经元模型中引入电磁场变量并研究电磁场耦合对神经网络集体动力学行为的影响具有实际意义。本文提出一种考虑电场和磁场的神经网络模型,其中采用磁控忆阻器模拟细胞内的电磁感应效应,描述磁通量和膜电位之间耦合。通过数值仿真研究电磁感应对神经网络的放电模式转换以及网络同步行为的影响,发现电场和磁场感应可以诱导神经元电活动模式发生转变,还发现突触连接的增强更能促进神经网络同步行为。本文考虑电磁场对神经元的作用,研究结果可望为认识神经系统的信号编码和传播机制提供新的见解。     

外电场中单层氧化石墨烯的透射特性与成像

基于对氧化石墨烯光电材料的广泛研究,改善并操控单层氧化石墨烯的光学特性.本文研究了外电场作用下单层氧化石墨烯的透射强度和成像的变化,透射成像反映了单层氧化石墨烯光学特性的各向异性,透射及荧光强度的变化反映了电场作用下单层氧化石墨烯光学特性可逆的操控性.利用氧化石墨烯中极性含氧官能团在电场作用下的极化效应,改变由sp3碳形成的电子局域态密度分布,从而改变单层氧化石墨烯的光学特性,并表现出电场对含氧官能团的方向性极化效果.     

日本弓背蚁(Camponotus japonics)中脑前端超微结构观察

应用常规电镜技术,对日本弓背蚁中脑前端超微结构进行了观察,结果发现:(1)日本弓背蚁中脑前端存在两种细胞,一种是以圆形、卵圆形为主的圆形局部神经元,其细胞核、核仁、线粒体、质膜等细胞器清晰可见;另一种是以长椭圆形为主的长椭圆形局部神经元,电镜下可观察到其细胞核、核仁及其他细胞器,但不如圆形局部神经元典型.(2)中脑前端髓质中包含大量神经束,轴突、树突(棘)纵横交错其中,形成各种突解联系.突触多以轴-树突触和轴-轴突触为主,亦可见树-树突触.     

逆传播动作电位的模拟研究及其可能的生理作用

本文研究了逆传播树突动作电位形成的机制,肯定了前人的结果,同时发现电紧张对树突动作电位的传播亦有重要的作用,但在树突的远端部位,主动膜性质起主要作用,逆传播树突动作电位的生理作用可能是和突触塑性有关。     

电场作用下海马锥体神经元等效应建模

为解决电磁刺激治疗癫痫神经疾病的有效性和安全性等问题,建立了容易引起癫痫发作的海马CA3区锥体神经元在外电场刺激下的等效应模型,并通过Matlab 数值仿真,分别研究了其在直流和交流外电场作用下的动力学特性。仿真结果表明,神经元的放电频率受到直流电场强度的调制,特别对电场的方向比较敏感。当电场为负向时,电场强度的变化对神经元的动力学特性影响明显,当电场为正向时,影响不明显;在交流电场刺激下,神经元的动力学特性改变具有外部电场频率依赖性,不同频率刺激下神经元会出现周期簇放电、同步放电、周期峰放电和混沌放电等状态。据此可指导医生制定更为有效安全的神经疾病电磁刺激治理方案。     

抑制性突触输入作用下神经振子群相响应同步

文章利用相响应曲线建立了具有兴奋性与抑制性突触输入和外部周期刺激的神经振子集群模型,引入复序参数描述神经元集群的同步活动。数值模拟表明抑制性突触输入降低了神经元集群的同步程度,减弱了神经元集群同步模式改变时的外部刺激;在弱刺激或低频率刺激下,神经元集群出现完全同步;在强刺激或高频率刺激下,神经元集群出现阵发性同步。     

交流电场下神经元适应性的两种放电机制对比分析

研究了两种神经元模型放电频率适应性的机制，对比分析了不同机制之间的差异，基于线性积分放电(LIF)神经元模型，建立了在交流外电场作用下LIFAC和LIFDT两种改进的LIF适应性模型.通过分析不同机制模型的初始和稳态放电频率曲线，发现LIFAC机制的放电频率曲线向高输入方向水平右移，且保持斜率不变，LIFDT机制的放电频率曲线呈发散状，斜率递减.在固定频率的交流外电场作用下，稳态放电频率曲线呈线性.另外通过对噪声下放电峰峰间期的相关性和变异性分析，进一步阐明外电场对不同机制适应性的影响.     

高压电场作用下油中液滴变形与极化

常采用圆球模型研究高压电场作用下油中液滴的极化特性,对于变形液滴的极化特性研究报道较少;针对变形液滴,建立椭球液滴模型,运用椭球坐标系得到电场中长球形液滴内部电场分布,进而研究液滴变形对其极化特性的影响;通过算例计算分析,表明液滴大变形对极化影响较大,椭球模型在研究电场破乳动力学方面优于圆球模型。     

大鼠初级视皮层整合野朝向信息调制的混沌性研究

整合野朝向信息调制作用下神经元响应信号具有混沌性,目前并不清楚混沌响应特性对信息处理的作用。以大鼠为研究对象,通过胞外电极记录信号的方式获取初级视皮层(V1区)神经元的动作电位信号,利用最大李雅普诺夫指数描述响应信号的非线性混沌状态,通过递归图算法计算随混沌状态变化的动力学信息量,分析神经元在整合野朝向信息调制下混沌性的变化对神经元信息表达的影响。结果发现整合野的调制增强了神经元响应信号的混沌性,有助于神经元用相对较少的发放传递等量的信息,或用同样的发放传递相对较多的信息,从而提高视觉系统处理信息的能力。     

基于场耦合的神经网络放电特性影响因素

神经网络放电特性是决定脑电位变化规律的重要因素.除化学突触作用,磁耦合对其他神经元放电特性的影响成为了近年的研究热点.然而,目前的研究只考虑放电神经元膜电流在空间产生的磁耦合,没有考虑其电学自突触电流产生的磁场作用.基于场耦合理论,充分考虑放电神经元的电学自突触电流对空间磁场的作用,根据神经元Hindmarsh-Rose(H-R)等效模型,构建仅含磁耦合作用的链式神经网络模型.通过模型研究刺激频率、距离权重、场耦合强度和电学自突触增益等因素变化对神经网络放电特性的影响规律.结果表明:①随着刺激频率从零开始增加,神经网络的放电状态呈现从"抑制"到"放电"再到"抑制"的"窗口"变化特性;②神经元网络的同步程度均随磁耦合强度和距离权重的增加而增强;③无论正、负反馈,放电神经元的电学自突触作用均能改变神经元网络的放电特性,其中正反馈的影响更显著;④电学自突触增益大于零时,同步程度随增益增大而提高.研究结果进一步表明磁耦合是实现神经元之间信号传递的一个重要方式,其中电学自突触电流的磁耦合作用不可忽视.说明神经突触的化学作用如果失效,由放电神经元膜电流和其电自学突触电流共同产生的磁场也可能引起其他神经元膜电位超过阈值而放电.     

伺服系统Hammerstein非线性模型及参数辨识方法研究

在伺服系统建模中,针对线性模型无法表达系统在低速、运动换向条件下摩擦与死区等非线性现象的问题,采用包含静态非线性部分和动态线性系统的Hammerstein模型来代替线性模型对伺服系统进行了描述.根据静态非线性模型逼近伺服系统的非线性特性,非线性模型采用分段非对称多项式基函数来解决摩擦在运动中存在的非对称特性.对于多频率正弦输入信号和伺服系统的速度输出信号,由迭代最小二乘方法来估计模型的参数.通过辨识实验中的线性模型和Hammer-stein模型的输出,说明采用Hammerstein模型方法能有效地对系统非线性部分建模,Hammer-stein模型的输出误差比线性模型的输出误差约减少90%,因此显著地提高了系统的模型精度,实现了对系统非线性动态行为的精确预测.