耦合前包欽格復合體神經元中復雜混合簇放電的動力學*

趙雅琪 劉謀天 趙勇 段利霞?

1) (北方工業大學理學院, 北京 100144)

2) (廣東技術師范大學數學與系統科學學院, 廣州 510665)

1 引 言

呼吸節律的產生部位和原理一直是神經生物學研究領域中的熱門課題.近年來研究表明, 位于延髓中的前包欽格復合體是哺乳動物呼吸節律產生的關鍵部位[1,2].Gourévitch和Mellen[3]發現前包欽格復合體是新生大鼠腹側呼吸柱網絡活動的樞紐, 在功能不同的呼吸神經元中起到整合作用.在生理實驗和臨床發現了很多不同類型的呼吸節律, 比如嘆息樣呼吸、陳氏呼吸等[4-6].為了更好地研究呼吸節律, 相關的模型也在逐漸建立.基于Hodgkin和Huxley[7]建立的著名離子通道模型,Butera等[8,9]建立了描述前包欽格復合體動作電位的兩個最小的起搏神經元模型, 并研究了耦合神經元的頻率控制和同步問題.2004年, Kosmidis[10]提出了一個切片的計算模型, 表明呼吸樣節律可以在非起搏神經元的興奮性網絡模型中產生.Smith等[11]建立了哺乳動物腦干的功能結構呼吸網絡模型, 用以模擬三種振蕩機理產生的層次結構.2009年, Rubin等[12]基于實驗現象改進了前包欽格復合體的神經元模型, 并且在此基礎上研究了反復激勵和鈣激活的非特異性陽離子電流ICAN對放電模式的影響.2011年, Toporikova和Butera[13]提出了前包欽格復合體的雙室數學模型(TB模型), 其中包括兩種獨立的簇放電產生機制, 即依賴于持續鈉離子電流INap的胞體簇放電和依賴于細胞內鈣濃度振蕩的樹突簇放電.Park和Rubin[14]在2013年對TB模型進行了改進, 建立了保持之……