五山湖杯数学建模大赛官方网站
设为首页
 
首 页 | 五山湖 | 数学建模 | 自然现象 | 思想源泉 | 木棉芒果 | 礼品收藏 | 珊瑚礁 | 百步梯 | 联系咨询
  当前位置:首页 > 名家礼品 

神经元之间的化学突触
发布日期:2012-4-22 21:41:01
 点击:4630
 

 

 
神经元之间的生理基础是化学突触,理论分析神经细胞突触前和突触后的胞吐作用和胞吞作用过程,尝试用离散的优化运输理论建立囊泡释放、囊泡回吞的动力学模型(囊泡释放数量适合离散理论),在钙信号的调节下,结合离子通道动力学,研究化学突触的信息传递过程。突触局部形成神经元之间的信息传递,树突整体形成神经元内部信息流理论,突触,树突,胞体整合和轴突传递等,整体得到神经系统信息传递的动力学理论。
 
 
神经系统神经元之间的信息传递,包含复杂的物理化学过程,其信息传递主要体现动作电位的发放,信息传递的过程具体包括:接受信息的树突,处理信息的细胞体,传递信息的轴突和释放信息的轴突末梢。
 
 
关于神经元信息传递过程的理论描述主要包括:(1)神经元内外的离子交换通道,如钠离子,钾离子和氯离子通道等。对不同的神经系统,如大脑皮层,海马,小脑和丘脑等,锥体神经元,蒲肯野神经元颗粒神经元等对应的离子通道分布也不同。但通道的基础理论是Hodgkin-Huxley 模型;(2)神经元内部的电信号传递,其基础假设是神经元内部具有电缆特性,对应有连续的电缆模型和离散后的房室模型。(3)神经元的空间结构变化,对应圆柱电缆模型的长度,半径和电导率的变化。(4)神经元之间的信息传递的过程,主要通过突触前的终扣,突触间隔和突触后的棘结构完成,理论常描述为神经元之间的突触模型。在上面神经元信息处理的模型中,各类离子通道模型和电缆模型的理论得到普遍的认可,对应的理论结果很好描述了神经元的放电特性。轴突末梢突触前释放信息的过程,生理描述为神经元之间的突触连接,主要有电突触和化学突触两种形式。电突触主要通过缝隙连接的连接孔,允许例子从一个神经元直接流向另一个神经元,理论上具体描述为耦合模型。化学突触的过程包括突触前的胞吐作用和胞吞作用和突触后NMDA和AMPA受体通道处的递质结合,在钙信号的调节下,不同递质的结合形成神经元之间兴奋、抑制等不同的突触连接。
 
 
对神经元之间的化学突触间隙,涉及到电信号-化学信号-电信号的转化过程和钙信号的调节,大量的理论模型描述这个复杂结构,想通过突触模型分析神经传导的机理。以前的突触模型,由于受到Hodgkin-Huxley离子通道模型的影响,主要集中于囊泡释放各类递质后,递质和突触后离子通道结合的动力学模型,多数模型是连续离子浓度变化,以微分方程的反应扩散为基础。常见理论是离子通道的打开、闭合描述为随机过程,突触后模型描述为神经元之间的突触连接系数。这些理论的关键是忽略了突触前、突触后电信号转化过程中,化学信号-囊泡胞吐用和囊泡胞吞的编码作用,也混淆了钙信号调节作用和突触前后电位发放的区别关系。
 
 
为建立突触计算的理论模型,必须详细分析突触的结构和功能。突触前的终扣包含各类递质形成的囊泡,每个突触小结大约有2000个突触囊泡,囊泡聚集在突触前的细丝棘结构上,囊泡的附着位置成六边形排列,只有大约30-50个镶嵌在突触前蜂窝状网格中,其余大部分突触囊泡松散的排列在突触小结内部,每个囊泡大约有5000-10000个特殊递质.接近网格外面的囊泡处于游离状态,靠近网格里面的囊泡处于活动区域。囊泡的状态有囊泡池,囊泡停靠,囊泡启动和囊泡释放等阶段。突触前的蜂窝状网格具有更精细的结构,来控制镶嵌上面的突触囊泡释放递质。这个过程中囊泡数量变化不仅体现信息编码,而且其数量级别属于离散理论的范围。囊泡释放的递质,突触间隔的数量级是10nm,递质数量级10(-18)克,这正是量子力学的范围.其浓度变化适合连续变量描述。
 
由于神经冲动达到神经末端,引起钙离子流入突触前膜,导致突触囊泡向突触前膜移动,囊泡与突触前膜融合,融合处出现破裂口,囊泡内的神经递质释放到突触间隔。突触前的囊泡有囊泡释放过程,突触间隔中释放囊泡中的递质和突触后的NMDA和AMPA受体通道结合,通道的离子交换形成突触后的冲动信号,冲动传递后,间隔中的囊泡有囊泡回吞作用。突触前胞吐作用和胞吞作用有下面三个步骤:(1)轴浆运输和冲动信号,由于钙通道的调节,导致突触前囊泡释放。(2)囊泡释放的递质和NMDA和AMPA受体通道结合,打开通道,信号从突触前传递到突触后。(3)传递信号后,递质聚集形成突触前囊泡回吞。重新形成的囊泡。
 
 
这个囊泡释放和囊泡回吞是突触结构的基本现象,囊泡的循环不仅表达突触前的信息传递,而且与突触后的信息接受,突触的学习记忆等有密切关系。在上面的三个步骤中,经典的突触理论主要集中于步骤(2)的描述,突触模型和离子通道联系一起,理论描述突触学习和记忆动力学特性。关于突触间囊泡胞吞作用和囊泡释放作用,也是突触动力学中的主要步骤,由于最近几年实验的进展,实验逐渐给出两个过程的离子通道调节机制和信息传递功能,理论上的深入分析已迫在眉睫,只涉及囊泡的浓度比例的模型已出现在2005年的文献中。在最新实验文献的基础上,我们尝试用囊泡随机排队模型建立胞吞作用和囊泡释放的动力学模型,并结合轴突的轴浆运输和囊泡递质和离子通道的结合,系统描述突触的信息传递过程,研究神经系统神经元的突触学习和记忆功能。
 
 
这个突触囊泡模型的建立和研究,提出神经元突触和树突间隙释放、结合和回吞三阶段模型结构,大分子水平系统描述神经元化学突触的动力学过程,结合生物信息学蛋白质基因调控理论,整体模型分析大脑神经系统的突触学习记忆机理,研究建立的胞吐和胞吞模型在神经元突触理论上具有开拓创新性成果。
 
收 藏 推 荐 打 印 关 闭


最新录入  
 · 第一届“百农杯”数学建模竞赛...
 · A Microcircuit...
 · Burst firing t...
 · 第二届全国神经动力学会议回执
 · 第二届全国神经动力学会议论文...
 · 第二届全国神经动力学会议征文通知
 · 第二届全国神经动力学会议学术...
 · 第二届全国神经动力学会议(第...
 · 第二届全国神经动力学会议
 · 第二届全国神经动力学会议
相关内容   更多>>
 · 神经科学的结构
 · 水平跳跃眼动的神经回路-Mo...
 · 皮层微柱回路模型-Hypot...
 · 相位响应曲线-A phase...
 · 龙虾幽门回路的神经元形态
 · 依赖发放时间的可塑性-历史
 · FitzHugh-Nagum...
 · 神经元之间的化学突触
 · 心肌慢内向Beeler-Re...
 · 视觉神经回路
 
声明 | 报名须知 | 联系方式 | 五山湖 技术支持:郑州建网站 Copyright (c) 2011 All Rights Reserved.