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。     

神经元的确定性与随机性整数倍放电

在大鼠损伤背根节神经元的自发放电中发现了整数倍放电, 为了阐明这种放电所产生的原因, 首先研究神经元模型中确定性混沌所引起的整数倍放电与噪声所诱发的整数倍放电的峰峰间期（ＩＳＩ） 序列,通过分析得到前者的ＩＳＩ序列是非线性可预报的,具有确定的非线性特性,但由噪声所诱发的整数倍放电的ＩＳＩ序列是不可预报的, 这表明这两种机制所产生的整数倍放电具有不同的特点,存在着定性的差别,并且混沌运动所产生的整数倍放电是由混沌中各阶不稳定周期轨道决定的。从这种差别出发,分析了实验中整数倍放电的ＩＳＩ 序列,得到该ＩＳＩ 序列是可非线性预报的,这表明大鼠损伤背根节神经元自发放电中的整数倍放电更可能是由确定性机制所产生的     

神经元的稳定性与随机性整数倍放电

在大鼠损伤背根节神经元的自发放电中发现了整数倍放电,为了阐明这种放电所产生的原因,首先研究神经元模型中确定性混沌所引起的整数倍放电与噪声所诱发的整数放电的峰峰间期序列,通过分析得到前者的ＩＳＩ序列是非线性可预报的,具有确定的非线性特性,但由噪声所诱发的整数倍放电的ＩＳＩ序列是不可预报的,这表明这两种机制所产生的整数倍放电具有不同的特点,存在着定笥的差别,并且混沌运动所产生的整数倍放电是由混沌中各种     

实验性神经起步点产生的整数倍簇放电节律

随机Hindmarsh-Rose模型中产生簇（bursting)放电节律是神经放电中存在随机自共振的一个重要理论证据,但是,该簇放电节律在实验中一直没有被发现。在实验性神经起步点细胞外[Ca^2 ]([Ca^2 ]o)低于周期1节律的[Ca^2 ]o时,发现了一种簇放电节律。其簇簇间期（inter-burst intervals,IBIs)呈现出与随机自共振引起的整数倍峰放电（interger multiple spiking)节律的峰峰间期类似的整数倍特征。随机Hindmarsh-Rose模型中产生的簇（bursting)放电节律也表现出类似的特征。结果验证了随机自共振簇放电的存在性,揭示该簇放电节律的统计特征。此外,该簇放电节律的参数区间以及其与整数倍峰放电节律的区别被揭示,簇放电节律的[Ca^2 ]o低于峰放电律的[Ca^2 ]o。     

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。     

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     

神经放电加周期分岔中由随机自共振引起一类新节律

当改变实验性神经起步点细胞外[Ca^2 ]时,放电节律表现出从周期1节律转换为周期4节律的加周期分岔序列。其中,周期n节律转换为周期n 1节律的过程中(n=1,2,3)存在一种新的具有交替特征的节律,该新节律为周期n簇与周期n 1簇放电的交替,并且周期n 1簇的时间间隔序列呈现出整数倍特征。确定性神经放电理论模型(chay模型)只能模拟周期n节律直接到周期n 1节律的加周期分岔序列;而随机chay模型可以模拟实验中的加周期分岔过程和新节律。进一步,新节律被确认是经随机自共振机制产生的。这不仅解释了实验现象,也将随机自共振的产生区间从以前认识到的Hopf分岔点附近扩大到加周期分岔点附近,同时扩大了噪声在神经放电和神经编码中起重要作用的参数区间。     

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。     

周期激励下 FitzHugh-Nagumo模型的两种多峰分布放电节律

文章揭示了外界周期脉冲激励下神经元系统产生的随机整数倍和混沌多峰放电节律的关系.随机节律统计直方图呈多峰分布、峰值指数衰减、不可预报且复杂度接近1;混沌节律统计直方图呈不同的多峰分布,峰值非指数衰减、有一定的可预报性且复杂度小于1.混沌节律在激励脉冲周期小于系统内在周期且刺激强度较大时产生,参数范围较小;而随机节律在激励脉冲周期大于系统内在周期且脉冲刺激强度小时,可与随机因素共同作用而产生,产生的参数范围较大.上述结果揭示了两类节律的动力学特性,为区分两类节律提供了实用指标.     

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。     

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（ｓｕｐｒａｏｐｔｉｃ ｎｕｃｌｅｕｓ,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（ｉｎｔｅｒｓｐｉｋｅ ｉｎｔｅｒｖａｌ,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     

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。