23、被动电缆建模：原理、应用与常见误区

被动电缆建模：原理、应用与常见误区

1. 被动电缆特性

在电缆中，电荷分布并非完全均匀，部分区域向地面放电速度更快，这使得轴向电荷流动方向在响应过程中甚至可能反转。在整个响应过程中，电缆不同点的电压存在显著差异。

电缆的侧支会导致电荷流失（负载效应），使信号衰减加剧；而封闭端则会积聚电荷（末端效应），减少信号衰减。在高度分支的电缆树中，一个分支中的大而快的信号在远处位置会变成小而慢的瞬变。

被动电缆建模理论指出，对瞬态电流和电压输入的响应由多个指数衰减分量组成，每个分量有不同的时间常数 τi 和振幅 Ai ，其中 i 为分量的索引。时间常数适用于整个细胞，但振幅会随输入位置、记录位置以及输入的时间进程而变化。如果几何形状复杂，在感兴趣的时间间隔内，可能有大量分量对响应波形产生影响。通常，最慢分量的索引为 0 ，τ0 常被称为膜时间常数。若膜参数均匀，τ0 等于 RmCm 。

2. 被动电缆建模的意义

被动电缆建模主要有以下三个意义：
- 构建计算模型基础 ：创建一个电骨架，以便将有源（随时间变化）电导嫁接到其上，从而构建细胞的真实计算模型。若被动骨架构建错误，在引入有源部分时可能会遇到各种问题。
- 信号重建 ：重建起源于被动神经元树某一部分，但在另一位置记录到的信号，这可能是由于技术限制导致的。最常见的例子是重建在到达细胞体之前被树突电缆严重滤波（变慢和衰减）的突触电流或电导。
- 培养直觉和理解 ：作为神经科学家的工具，通过操作简单的被动电缆和分区模型，培养对神经元电缆的直觉和理解，再过渡到参数众多的有