21、海马锥体神经元电行为建模：从模拟到功能解读

海马锥体神经元电行为建模：从模拟到功能解读

1. 引言

大脑建模需要对其功能计算单元进行先验描述。将单个神经元简单描述为具有非线性阈值的“漏电积分器”，在探索神经网络信息处理能力方面的作用有限。实际上，皮质锥体神经元功能相当复杂，其复杂的几何形状决定了它们的电紧张结构，同时活跃电流也会调节这些细胞的线性响应。

近年来，研究人员在一种皮质锥体神经元——海马锥体细胞中发现了大量电流。这些电流可能由不同的离子通道介导，包括经典的快速钠电流（$I_{Na}$）、持续性钠电流（$I_{NaP}$）、延迟整流钾电流（$I_{DR}$）、钙电流（$I_{Ca}$）等。每种电流都有独特的时间和电压依赖性，部分电流还对细胞内外环境中的成分敏感。

神经系统中电信号的再生传输仅需单一的活跃电导就能实现，那么为何某些细胞会拥有如此庞大的活跃电流家族呢？准确建模海马锥体细胞中电流与形态之间的相互作用，是回答这一问题的重要一步。

该模型的开发包括确定海马锥体细胞的电子结构，以及对这些细胞中电导的电生理数据进行编目和整合。模型的用户界面经过大量优化，在Symbolics 3600 LISP机器上实现。程序输入通过菜单系统进行，可高效操作相关参数并快速设置特定模拟。模型输出兼具图形和数值形式，模拟结果操作简便，未显示的参数也易于访问，允许以交互式、自记录的方式使用该模型。

2. 基于细胞内数据的海马神经元模拟

由于细胞体积小且电紧张结构复杂，细胞内测量活跃膜电流的动力学定量数据往往不完整。部分电流过快或过大，现有微电极电压钳技术难以解析。文献中，一些电流的动力学部分符合Hodgkin & Huxley（HH）模型，而另一些仅记录了在各种刺激