4、神经元突触输入与线性电缆理论解析

神经元突触输入与线性电缆理论解析

1. 突触输入的非线性特性

1.1 突触输入的基本情况

在大脑中，常见的快速兴奋性突触是非 NMDA 突触，它使用神经递质谷氨酸，其反转电位比细胞静息电位高约 80 - 100 mV。当突触反转电位 (E_{syn}) 小于静息电位 (V_{rest}) 时，电流向外流动，细胞膜超极化，远离产生动作电位的阈值。在中枢神经系统中，这通常是由γ - 氨基丁酸 B 受体（(GABA_B)）介导的较慢形式的抑制引起的，这种突触释放神经递质 (GABA)，使钾离子流出细胞，反转电位比静息电位低 10 - 30 mV。

若激活的突触电池电位接近膜电位，即 (E_{syn} \approx V_{rest})，当膜处于静息状态时，突触电导上没有驱动电位（(V_m - E_{syn} \approx 0)），膜电位保持不变，但膜的总电导会增加 (g_{syn}(t))。当系统因兴奋性输入去极化时，这种沉默或分流抑制的激活会降低兴奋性突触后电位（EPSP）的幅度。激活 (GABA_A) 突触（皮层及相关结构中最常见的快速抑制形式之一）会增加氯离子的膜电导，其反转电位接近许多细胞的静息电位，从而实现一种分流抑制。

1.2 处理多个突触输入

由于电流可以叠加，我们可以将突触与 RC 电路并联，从而扩展公式来处理多个突触输入：
[
\sum_{i} g_{syn_i}(t)(E_{syn_i} - V_m) + \frac{V_m - E_{rest}}{R} + C\frac{dV_m}{dt} = 0
]
这里的求和是对所有突触进行的，每个突触都可以有自己的反转电位。这与标准神经