损伤神经自发放电节律变化中的混沌与阵发现象

为阐明损伤神经自发放电的动力学机制,长时间顺序记录大鼠损伤坐骨神经单纤维自发放电的动作电位间期序列（ＩＳＩ）。在损伤位点应用钾通道阻断剂ＴＥＡ,发现了周期一与周期二之间存在混沌的节律形式,并初步探讨了在这种情况下进入混沌的道路。应用分叉图、回归映象、功率谱等非线性动力学方法分析和对比了实验与数学模型中的非线性现象,使实验结果的可靠性得到了进一步的证明。     

损伤神经自发放电节律分岔与频率变化的非线性特征

为了研究神经放电节律回周分岔与放电频率变化之间的关系,采用大鼠坐骨神经慢性结扎模型,记录损伤区的自发放电,观察放电节律转化的动力学规律,分析相应的放电频率的变化,并用理论模型进行数值模拟。结果表明,与放电节律加周分岔相对应,放电频率的变化呈现非线性的特征,数值模拟支持实验的发现。研究提示：神经放电的频率变化与刺激强度的改变并非呈简单的线性相关,可能具有更复杂的关系。     

受损背根节神经元自发放电节律的整数倍模式及其动力学变化

本文记录了大鼠损伤背根节神经元的自发放电活动。采用背根节慢性压迫动物模型,记录慢性压迫手术后３－１０ｄ背根节的自发放电。在记录的１５６根纤维中,观察到１７根（占１１Ａ％）出现的动作电位峰峰间期以某一基础间期的整数倍模式出现的整数倍时间节律形式,其回归映射图为晶格状点阵结构,并且该时间形式受细胞膜上钠,钾通道的调控。     

实验性神经起步点的不规则节律中的非稳定周期轨道

在大鼠坐骨神经结扎模型中,记录到放电节律以周期加方式相互转化,在确认了周期二与周期三之间的不规则节律具有混性质后,借助峰峰间期序列的回归映象方法,使用了一种测度增强算法,确认了此混沌放电中的非稳定周期轨道结构,提示出非稳定周期轨道在神经不规则放电节律的动力学之中起着重要作用。     

神经起步点自发放电节律及节律转化的分岔规律

在神经起步点的实验中观察到了复杂多样的神经放电([Ca^2 ]o)节律模式,如周期簇放电、周期峰放电、混沌簇放电、混沌峰放电以及随机放电节律等。随着细胞外钙离子浓度的降低,神经放电节律从周期l簇放电,经过复杂的分岔过程(包括经倍周期分岔到混沌簇放电、混沌簇放电经激变到混沌峰放电、以及混沌峰放电经逆倍周期分岔到周期峰放电)转化为周期l峰放电。在神经放电理论模型——Chay模型中,调节与实验相关的参数(Ca^2 平衡电位),可以获得与实验相似的神经放电节律和节律转换规律。这表明复杂的神经放电节律之间存在着一定的分岔规律,它们是理解神经元信息编码的基础。     

实验性神经起步点自发放电的分叉和整数倍节律

在实验性神经起步点发现了放电峰峰间期序列随细胞外[Ca^2 ]变化产生的加周期分叉和整数倍节律。并用确定性Chay模型和随机Chay模型进行数值模拟。从模拟实验结果的角度看,加周期分叉过程遵从Chay模型决定的确定性机制,随机因素对其有影响但影响较小;而在相应的参数区间,整数倍节律则是在随机因素驱动下产生,是随机共振现象,是由确定性机制和随机因素共同作用的结果。这表明,实验性神经起步点放电节律的分叉和随机共振现象的出现是必然的,受确定性机制和随机因素共同影响。但在不同参数区间,随机因素对神经放电节律的作用不同。     

神经起步点产生的一种新型簇放电节律———阵发周期1节律

实验中发现了神经起步点产生的一种新型的簇放电节律－－阵发周期1节律。其特征如下：连续周期1放电与休止期（quiescence）轮流出现;非周期性,连续放电持续期、连续放电次数以及休止期有较大变异性;位于周期1节律和静息状态之间。具有较长周期的伪单色噪声激励的FHN（FizHugh-Nagumo）模型可以产生类似的阵发周期1节律。模型和实验中的阵发周期1节律的统计特征、变化规律和所处的参数区间相类似。这表明：阵发周期1节律是由与伪单色噪声类似的长时程振荡激励引起的。     

大鼠视上核神经元自发放电节律的确定性机制

利用非线性动力学的方法 ,在多种生物数据中找到了确定性机制。大鼠下丘脑视上核(supraopticnucleus,SON)神经元自发产生不规则的放电。为了研究这些不规则放电是否含有确定性机制 ,用电流钳对大鼠SON神经元进行全细胞纪录,取动作电位峰峰间期序列(interspikeinterval,ISI)作为研究对象。采用一种新的检测时间序列非稳定周期轨道的方法分析ISI序列 ,发现ISI含有非稳定周期轨道族 ,即周期1 ,周期2 ,和周期3存在。结果表明 ,SON神经元的自发放电序列存在确定性的动力学机制。     

损伤神经元自发放电的整数倍节律及其动力学机制

实验采用大鼠背根节慢性压迫动物模型,记录术后３～１０天背根节的自发放电,在１５６根纤维中观察到１７根（１１％）出现的动作电位峰峰间期以某一基础间期的整数倍出现的时间节律形式,其回归映射图为晶格状点阵结构。同时观察到Ｎａ＾＋通道特异阻剂ＴＴＸ和Ｋ＾＋通道阻断剂４－ＡＰ能对整数倍放电节律产生影响。结果表明,看似不规则的整倍数放电时间序列是有着内在的结构和规律性的, 膜上通道和环境的状态决定。建立针对本     

大鼠损伤神经的三种诱发簇放电节律

实验运用单纤维记录技术,观察了损伤神经起步点自发放电在改变[Ca^2 ]。和veratridine作用下放电节律的变化。结果表明：在每一标本上,记录到的相同背景的自发放电在低与高Ca^2 浓度和veratridine的作用下,转化为三种不同类型的簇放电。结果提示,神经元放电的节律形式与刺激的性质相关,不同的节律形式可能携带着不同的神经信息。     

乌拉坦对大鼠海马CA1区锥体神经元自发放电的抑制作用

为了深入研究麻醉药乌拉坦对大鼠海马CA1锥体神经元自发放电的作用及其机制,分析了10 mmol/L乌拉坦对自发放电、电压门控钠通道、电压门控钾通道的作用．从自发放电信号中计算了放电频率、提取了峰峰间隔序列(ISI)并利用样品熵和去趋势波动法对ISI进行了非线性分析．结果表明,乌拉坦不仅抑制了自发放电的频率,而且降低了自发放电ISI序列的复杂度并弱化了其长时程相关性．离子通道研究结果表明,乌拉坦显著地抑制了钠通道电流(I_Na),对延迟整流钾通道电流(I_K)和瞬时外向钾通道电流(I_A)虽然也有抑制作用但无统计学意义．由于乌拉坦不影响突触传递,因此它可能通过抑制I_Na使自发放电的阈值升高而降低放电频率,同时,由于参与的通道数量或活性降低而使得ISI的复杂度下降,长时程相关性弱化．     

神经自发整数倍峰放电节律的随机性和确定性模式的比较

为进一步区分神经自发整数倍峰放电节律的随机性和确定性模式的动力学性质,详细研究了实验神经起步点、随机理论模型(Chay模型)和确定性理论模型(Wang模型)产生的3种整数倍峰放电节律及其变化规律。结果发现,实验和随机模型经随机自共振产生的整数倍峰放电节律具有相同的统计性质(峰峰间期越大,出现的频度越低,约呈指数递减)和变化规律,与确定性Wang模型产生的整数倍节律明显不同。这提示,呈指数衰减分布的整数倍峰放电节律是经随机自共振产生的,是确定性因素和随机因素共同作用的结果。     

4-氨基吡啶敏感钾通道对神经自发放电节律转迁历程的调节作用

为进一步研究损伤神经放电节律的分岔转迁规律,以实验性神经起步点模型为研究对象,在联合改变胞外的钙离子和钾离子浓度的条件下,记录神经单纤维的放电节律转迁方式。选取4-氨基吡啶(4-aminopyridine,4-AP)作为条件参数,Ca2+浓度作为分岔参数,观察了实验性神经起步点自发放电节律的分岔规律。28例实验结果中,有21例神经对本文所取的条件参数变化不敏感,7例实验性神经起步点的自发放电节律会在不同的条件参数下出现不同类型的分岔序列结构。在不同的4-AP浓度下,随着Ca2+浓度的降低,同一实验性神经起步点会表现出不同的放电节律模式的分岔序列,不同实验性神经起步点,双参数分岔序列是不同的。以上结果说明,不同参数配置下的神经放电节律的变化规律是不同的,而且分岔序列结构是认识放电节律转迁规律的基础。