27、神经生物学实验的计算机辅助设计与大鼠假孕期间催乳素水平波动模拟

神经生物学实验的计算机辅助设计与大鼠假孕期间催乳素水平波动模拟

1. 神经生物学实验计算机辅助设计动机

神经元对干扰的电生理反应在毫秒范围内，表现为跨越阈值电位时产生的动作电位，可用微电极测量并与刺激相关联。但神经解剖学反应则完全不同，形态发生变化（如反应性突触发生或退化）需要数小时至数天，无法用微电极直接观察，也难以将电信号的功能变化与突触“硬件”的变化联系起来。

因此，需要在不同时间阶段获取动物样本，从其个体形态变化推断中枢神经系统（有无干扰）的发育情况。而且，为获得可靠数据，每个时间点都要牺牲多只动物，有时即便如此也可能不够。例如，测量大鼠皮质从出生后第2天到成年期突触数量的发育情况时，原本期望用与逻辑生长对应的S形曲线拟合数据，但样本似乎受到系统干扰。当时开发的种群动力学模型可以解释这种干扰是由于游离突触供应的暂时超调，这些游离突触与结合突触元素难以区分，这避免了将数据判定为错误并重复实验，说明好的模型有助于减少动物实验。

2. 形态发生模型的理论基础

形态发生模型的理论基础是突触发生的补偿理论。该理论描述了神经细胞在其兴奋 - 抑制平衡长期受到干扰时的形态发生行为，其基本要点如下：
- 突触前和突触后元素分别形成。
- 突触前和突触后元素的形成受输入的长期变化影响，这种变化由突触或突触外受体介导。
- 接触形成根据突触前和突触后接触伙伴的空间密度进行。

神经细胞学结果引出以下假设：长期兴奋促进突触前元素和抑制性突触后元素的形成（或减少其分解），抑制兴奋性突触后元素的形成（或加速其分解）；长期抑制则产生相反效果，促进兴奋性突触后元素的形成，加速突触前元素和抑制性突触后元素的分解，这就是“补偿”理论。