16、探索大脑：从突触传递到结构功能模拟

探索大脑：从突触传递到结构功能模拟

1. 突触传递中的正常与异常动态行为

神经系统在不同层次上都具有节律性特征。内源性起搏器神经元和多细胞神经网络都能产生周期性的时间模式。在单细胞层面，实验和理论都表明，药物处理可使周期性膜电位分叉为更复杂的振荡行为，甚至出现混沌现象。在鱿鱼巨轴突的周期性强迫振荡器中，也发现了周期性同步振荡和混沌行为的交替。

准周期性和混沌现象不仅在单个神经层面与异常神经现象相关，在宏观层面上，混沌的脑电图（EEG）动态与癫痫发作也存在关联。在中间层面，中枢多巴胺能神经元系统模型中发现的混沌行为与精神分裂症有关。

近年来，研究聚焦于突触层面的“正常”和“异常”动态行为。初步数值计算表明，胆碱能系统突触水平节律发生器的正常周期性运行需要精细调节的神经化学控制系统。即使是轻微的代谢损伤，也可能导致“异常”的动态突触活动。

与阿尔茨海默病相关的记忆障碍，部分是由于乙酰胆碱（ACh）合成控制系统的紊乱，可能伴随着放电频率动态模式的改变。新的研究结果进一步强化了胆碱能系统损伤与行为、认知和记忆障碍之间的联系，这些都是阿尔茨海默病的症状。

研究采用的模型基于递质循环（TRC）假说，用于解释胆碱能系统的“整合”突触活动。该模型还补充了一个独立的谐波振荡器，以考虑其他神经振荡器的影响。

1.1 神经化学背景

大量实验证据表明，神经和精神障碍与神经递质合成控制的紊乱有关。胆碱能代谢失败导致的缺氧和低血糖会减少ACh合成，引发神经系统疾病。ACh的前体胆碱（Ch）似乎对治疗与阿尔茨海默病和衰老相关的记忆障碍有用，这进一步表明理解ACh代谢动态控制系统的运作，可能为这些疾病的新临床治疗提供建议。 </