神经突触:信息传递与交互的奥秘
1. 突触概述
神经细胞间的快速通信发生在被称为突触的特殊连接点。突触极为紧凑,每立方毫米的神经组织中可容纳数亿到十亿个突触。突触主要分为化学突触和电突触两类,其中化学突触更为常见,且能形成非常特定的点对点连接,因此我们重点关注化学突触。
1.1 化学突触
1.1.1 分类与作用
化学突触可分为快速离子型化学突触和代谢型化学突触。快速离子型化学突触在毫秒级时间尺度上起作用,而代谢型化学突触的作用时间尺度从零点几秒到数分钟不等。从概念上讲,离子型突触是神经元快速通信和感知、运动控制相关计算的关键。
1.1.2 传递过程
当突触前膜电位发生变化时,神经递质会在不到一毫秒的时间内释放并扩散过突触前、后膜之间的间隙。在突触后膜,神经递质分子与特定受体结合,通常会直接或通过第二信使系统间接打开特定的离子通道。根据神经递质 - 受体动力学,这些通道会在一段时间内保持开放,从而使突触电流流过膜。中枢突触的传递似乎是随机的,突触前动作电位引发囊泡释放和突触后反应的概率 p 可能低至百分之几,且取决于突触的放电历史。突触后信号的幅度也是可变的,在考虑神经计算时需要考虑这些因素。
1.1.3 电学特性
从电学角度看,化学突触(在几十毫秒的时间尺度上)可被视为一个非互易的二端口设备。需要用一对方程(用于描述突触前和突触后电流及电压变化)来完全表征其行为,因为突触后膜的变化对突触前膜没有(快速)影响。突触的作用类似于跟随放大器电路,用于解耦具有不同电阻抗的神经元元件。
1.1.4 突触输入类型
在宏观和现象学层面,
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