17、神经元形态的精确重建

神经元形态的精确重建

1. 引言

要实现对生物神经元的真实模拟，首先需要获得所需细胞类型在解剖学上正确的形态重建。如果在重建过程中出现重大误差，模拟神经元的被动和主动特性可能会与真实细胞有很大偏差。例如，若将细树突的直径误追踪为 0.5 微米，而实际直径为 0.8 微米，那么表面积会产生 60% 的误差，横截面积会产生 156% 的误差。表面积与细胞电容和总膜电导成正比，横截面积与轴向电导成正比，这些都是描述神经模型被动结构的重要参数。重建中的其他主要误差来源包括记录过程中神经元的退化、组织学处理过程中的收缩假象、重建时遗漏染色较浅的远端突起，以及在未进一步验证的情况下使用光学显微镜时其分辨率的限制。以下将逐步介绍可用于减少这些问题并为建模获得最佳形态重建的技术。

2. 技术概述

为建模获取重建神经元的过程通常始于在细胞内记录时注入染料。其他方法包括在体内细胞外记录时进行并置染色，或使用不需要记录的解剖染色方法，如高尔基法。细胞内记录时染色更为可取，因为获得的膜电位轨迹对于后续调整模型非常有用。染色后的神经元通常在组织固定后通过组织学程序进行可视化。不过，荧光染料可在固定或组织学处理前用于可视化神经元。虽然荧光染色通常不太适合获得神经元的详细重建，但可用于控制后续出现的收缩假象。最广泛使用的可视化神经元的技术是注入生物素或神经生物素，然后与抗生物素蛋白 - 辣根过氧化物酶（avidin - HRP）结合，并通过某种过氧化物酶反应与色原结合，使神经元深色染色。然后可以使用具有电动载物台的显微镜和重建软件（如 Neurolucida）追踪深色染色的神经元。最后，需要将该过程产生的形态文件转换为可被分区模拟软件读取的格式。

3. 用于模拟的神经元重建技术 </