神經(jīng)元放電閾值的可變性及其意義

　　摘要神經(jīng)元能夠?qū)⒉煌瑫r空模式的突觸輸入轉(zhuǎn)化為時序精確的動作電位輸出，這種靈活、可靠的信息編碼方式是神經(jīng)集群在動態(tài)環(huán)境或特定任務(wù)下產(chǎn)生所需活動模式的重要基礎(chǔ).動作電位的產(chǎn)生遵循全或無規(guī)律，只有當(dāng)細胞膜電壓達到放電閾值時，神經(jīng)元才產(chǎn)生動作電位.放電閾值在細胞內(nèi)和細胞間具有高度可變性，具體動態(tài)依賴于刺激輸入和放電歷史.特別地，放電閾值對動作電位起始前的膜電壓變化十分敏感，這種狀態(tài)依賴性產(chǎn)生的生物物理根源包括Na+失活和K+激活.在絕大多數(shù)神經(jīng)元中，動作電位的觸發(fā)位置是軸突起始端，這個位置處的閾值可變性是決定神經(jīng)元對時空輸入轉(zhuǎn)化規(guī)律的關(guān)鍵因素.但是，電生理實驗中動作電位的記錄位置卻通常是胞體或近端樹突，此處的閾值可變性高于軸突起始端，而其產(chǎn)生的重要根源是軸突動作電位的反向傳播.基于胞體測量的相關(guān)研究顯示，放電閾值動態(tài)能夠增強神經(jīng)元的時間編碼、特征選擇、增益調(diào)控和同時偵測能力.本文首先介紹放電閾值的概念及量化方法，然后詳細梳理近年來國內(nèi)外關(guān)于放電閾值可變性及產(chǎn)生根源的研究進展，在此基礎(chǔ)上歸納總結(jié)放電閾值可變性對神經(jīng)元編碼的重要性，最后對未來放電閾值的研究方向進行展望.

　　關(guān)鍵詞神經(jīng)元，信息編碼，動作電位，放電閾值，可變性

　　神經(jīng)系統(tǒng)是機體內(nèi)對生理、行為、思想和情感起主導(dǎo)作用的系統(tǒng).它能夠精確編碼和存儲來自外界的視覺、聽覺、嗅覺、味覺和觸覺等感覺信息，控制軀體運動和內(nèi)臟活動，進而使機體適應(yīng)各種動態(tài)環(huán)境.理解神經(jīng)系統(tǒng)如何產(chǎn)生適應(yīng)環(huán)境所需的動態(tài)活動模式是神經(jīng)科學(xué)的一個基本問題，對于揭示大腦工作機制至關(guān)重要.

　　研究發(fā)現(xiàn)，特定的任務(wù)或環(huán)境能夠選擇性地激活與之對應(yīng)的神經(jīng)核團[1,2]，而靶向核團內(nèi)神經(jīng)元集群在介觀層次的動態(tài)活動模式與運動、認(rèn)知和感知等功能的產(chǎn)生直接相關(guān)[2-4].由于單神經(jīng)元對時空信息的編碼整合是神經(jīng)集群介觀電活動的產(chǎn)生基礎(chǔ)，所以理解神經(jīng)元在微觀層次的信息編碼過程對于揭示神經(jīng)系統(tǒng)動態(tài)模式的產(chǎn)生機制十分關(guān)鍵.

　　神經(jīng)元是一種處于極化狀態(tài)的可興奮細胞，它在時空輸入下能夠產(chǎn)生時序精確的動作電位(actionpotential)序列.神經(jīng)細胞一般由樹突、胞體、軸突起始端(axoninitialsegment，AIS)和軸突等部分組成.樹突不僅是神經(jīng)元接收突觸輸入的主要位置，它們還能夠?qū)λ�接收的信息進行非線性整合.樹突的整合結(jié)果經(jīng)過胞體和AIS轉(zhuǎn)化為軸突上的放電輸出，然后經(jīng)過突觸傳遞至下一級神經(jīng)細胞.神經(jīng)電活動的產(chǎn)生、維持與傳導(dǎo)依賴于細胞膜上的離子電流[5].當(dāng)突觸輸入激活流向胞內(nèi)的壓控Na+或Ca2+電流時，神經(jīng)細胞會產(chǎn)生全或無(all-or-none)的去極化再生響應(yīng)，即動作電位.這種類似數(shù)字量的電脈沖信號在神經(jīng)元編碼過程中起著關(guān)鍵作用，是因為動作電位序列是神經(jīng)元傳遞和表達時空輸入的主要載體.電生理實驗和理論模型闡明，在絕大多數(shù)神經(jīng)元中動作電位的真正觸發(fā)位置是AIS[6-9]，然后反向傳導(dǎo)至胞體和樹突以及前向傳導(dǎo)至軸突和軸突末梢.

　　因此，識別AIS處的放電模式及產(chǎn)生機理對于理解神經(jīng)元的時空信息編碼至關(guān)重要.動作電位序列的精確時序由放電時刻決定，而具體放電時刻又由放電閾值(spikethreshold)控制.這是因為動作電位的產(chǎn)生具有閾值依賴性，只有當(dāng)細胞膜電壓達到放電閾值時，神經(jīng)元才發(fā)放動作電位.放電閾值并不是一個固定值，而是具有高度可變性.放電閾值的動態(tài)變化不僅依賴于刺激輸入特性，還受細胞膜電壓在放電起始(spikeinitiation)前的狀態(tài)變化控制.特別地，放電閾值對膜電壓閾下去極化速率dV/dt和近期放電歷史十分敏感[10-14].

　　此外，動作電位在大多數(shù)神經(jīng)元中的觸發(fā)位置是AIS，此處的閾值可變性是影響神經(jīng)元編碼時空輸入的決定性因素.但是，電生理實驗中動作電位的記錄位置卻通常是胞體或近端樹突[6-9].這種位置差異帶來的軸突放電反傳是導(dǎo)致胞體放電閾值可變性和快速放電起始動態(tài)的一個重要根源[6,7].閾值電壓的可變性使得神經(jīng)細胞可以靈活地調(diào)節(jié)它們對時空輸入的敏感性和選擇性，進而有效增強其信息編碼的可靠性和魯棒性.近年來，各國學(xué)者采用電生理實驗或模型仿真方法對放電閾值的可變性進行了相關(guān)研究.

　　大部分關(guān)注的是胞體處的放電閾值，但也有一些研究探討胞體閾值和AIS閾值之間的差異及聯(lián)系.本文在介紹放電閾值概念和量化方法基礎(chǔ)上，綜述近年來關(guān)于放電閾值可變性及產(chǎn)生根源的研究進展，并討論閾值可變性對神經(jīng)元時空編碼的重要性，同時對未來放電閾值的研究方向進行展望.需要指出的是，除非特別說明是AIS處的放電閾值，下文所提放電閾值均指胞體處閾值電壓.

　　1動作電位產(chǎn)生的閾值現(xiàn)象

　　動作電位的產(chǎn)生遵循全或無的規(guī)律.只有當(dāng)細胞膜去極化程度超過某個臨界電壓后，神經(jīng)元才會產(chǎn)生和傳導(dǎo)動作電位.當(dāng)細胞膜去極化沒達到相應(yīng)臨界電壓時，不會有動作電位產(chǎn)生.通常將觸發(fā)動作電位的臨界跨膜電壓定義為放電閾值[15]，又稱動作電位閾值或電壓閾值.這個閾值是動作電位起始前跨膜電壓能夠達到的最大值，以其為臨界值可將細胞響應(yīng)劃分為閾下(subthreshold)和閾上(suprathreshold)兩類.

　　如果細胞膜的去極化程度較低，達不到放電閾值，那么膜電壓將直接衰減至靜息電位，對應(yīng)的是閾下響應(yīng).如果細胞膜的去極化程度較高，可以達到并超過放電閾值，那么膜電壓將依次經(jīng)歷動作電位的去極化上升相和復(fù)極化下降相，對應(yīng)的是閾上響應(yīng).動作電位的產(chǎn)生與細胞膜上的Na+通道和K+通道密切相關(guān).Na+通道能夠呈現(xiàn)關(guān)閉、開通和失活(inactivated)三種狀態(tài)，其中只有處于開通狀態(tài)的通道才可以產(chǎn)生Na+電流[16].由于Na+在細胞外的濃度高于細胞內(nèi)，所以Na+電流的方向是由胞外流向胞內(nèi).這種流向胞內(nèi)的Na+能夠?qū)е履る妷喝�極化，從而有利于產(chǎn)生動作電位的上升相.不同于Na+通道，K+在細胞內(nèi)的濃度高于細胞外.

　　因此，由K+通道開通產(chǎn)生的電流是從胞內(nèi)流向胞外，相應(yīng)方向與Na+電流相反.這種流向胞外的K+電流會導(dǎo)致膜電壓超極化，阻礙膜電壓去極化，進而有利于產(chǎn)生動作電位的下降相.離子通道的狀態(tài)轉(zhuǎn)遷具有電壓依賴性.在動作電位起始前，隨著跨膜電壓由某個閾下電位上升至放電閾值，細胞膜上的Na+通道逐漸由關(guān)閉變?yōu)殚_通.特別地，當(dāng)跨膜電壓達到放電閾值時，大量Na+通道被同時激活，進而導(dǎo)致Na+電流迅速增強并超過K+電流，從而產(chǎn)生動作電位的快速上升相.

　　從這個角度說，放電閾值是觸發(fā)大量電壓依賴Na+通道開通的最小的跨膜電壓值.需要特別注意的是，絕大多數(shù)神經(jīng)元中AIS是動作電位的真正觸發(fā)位置[6-9]，所以這個位置處的放電閾值可變性才是影響神經(jīng)元編碼時空信息的決定因素.但是為了方便胞內(nèi)記錄，電生理實驗中動作電位的記錄位置通常是胞體或近端樹突，這個位置處的放電閾值動態(tài)大部分是由軸突動作電位反傳誘發(fā)的離散性所致[6,7].

　　特別地，胞體的閾值可變性和放電起始速率與AIS處有很大差異，這個將在后面的4.3節(jié)進行論述.AIS和胞體之間的位置及閾值差異導(dǎo)致胞體放電閾值本身對神經(jīng)元輸出的放電模式幾乎沒有影響.從這個角度來說，研究胞體閾值的可變性對于理解神經(jīng)元放電輸出的價值并不高，而聚焦于動作電位觸發(fā)位置的AIS閾值才是關(guān)鍵.

　　當(dāng)突觸輸入激活樹突的電壓依賴Ca2+通道、Na+通道或NMDA通道時，神經(jīng)元會在樹突區(qū)域率先產(chǎn)生Ca2+放電、Na+放電或NMDA放電[17].

　　事實上，這些樹突放電也遵循全或無規(guī)律以及具有閾值依賴性.特別地，它們能夠增強和放大突觸輸入進而賦予樹突一種超線性整合(supralinearintegration)功能[17,18].這些樹突放電最終會被傳至胞體和AIS，進而轉(zhuǎn)化為神經(jīng)元的放電輸出.前期相關(guān)研究大部分關(guān)注樹突局部放電的產(chǎn)生條件和波形特性以及它們對樹突超線性整合和神經(jīng)元時空編碼的影響[17-20]，而鮮有文獻報道樹突的放電閾值特性.本文所綜述的是胞體和AIS處放電閾值的研究進展.

　　與樹突不同，這兩個位置產(chǎn)生的動作電位類型主要是Na+放電.此外，離體情況下還可以從刺激角度定義興奮閾值[15]，這是因為離體實驗中神經(jīng)元輸入通常是人為施加的可控刺激，如脈沖或階躍電流等.此時，可以用刺激強度對輸入進行量化，所以相應(yīng)的興奮閾值可以被定義為誘發(fā)細胞放電的最小刺激強度.這種在刺激空間內(nèi)定義的閾值被稱為刺激閾值，又稱基強度電流(rheobasecurrent).

　　事實上，每個刺激閾值都對應(yīng)特定的放電閾值，只不過相應(yīng)電壓閾值依賴于刺激形式.與離體情況不同，在體情況下神經(jīng)元的輸入是一系列由突觸前放電觸發(fā)的突觸電流，它們通常不是直接可控的，所以此時刺激閾值的概念不再適用.本文所討論是放電閾值，而非刺激閾值.2放電閾值的量化方法目前量化動作電位閾值電壓的常用方法有四種，分別是基于波形曲率的方法、基于斜坡刺激的方法、基于閾值公式的方法和基于相空間分界線(phasespaceseparatrix)的方法.這些方法已被廣泛用于離體實驗、在體實驗或模型仿真研究中.

　　2.1基于波形曲率的方法

　　基于波形曲率的方法是一種非參數(shù)方法，它采用動作電位波形的曲線拐點或最大曲率作為基準(zhǔn)定義放電閾值.按照操作方法的差別，可將其分為時間導(dǎo)數(shù)法和相空間法兩類.

　　2.2基于斜坡刺激的方法

　　基于斜坡刺激的方法也是一種非參數(shù)方法，它采用一系列的斜坡電流刺激神經(jīng)元，進而計算放電閾值.斜坡刺激的斜率可以控制細胞膜電壓的閾下去極化速率dV/dt.較大的刺激斜率會使膜電壓以較快的速度去極化，對應(yīng)較高的dV/dt.對于一個給定的刺激斜率，隨著刺激時間的延長，斜坡電流會驅(qū)動膜電壓漸漸地接近放電閾值.當(dāng)膜電壓將要達到放電閾值時，逐漸增加斜坡刺激時間，以便做到每增加一步都會導(dǎo)致膜電壓產(chǎn)生大約0.1mV的去極化.

　　在這種情況下，如果斜坡刺激足以驅(qū)使膜電壓超過放電閾值，那么撤去刺激后神經(jīng)元會自發(fā)地產(chǎn)生一個動作電位;否則，撤去刺激后膜電壓會逐漸衰減至閾下靜息電位，那么神經(jīng)元不會放電.通過控制斜坡刺激時間，尋找這樣一個臨界電壓：當(dāng)膜電壓高于臨界電壓0.1mV時，神經(jīng)元在撤去斜坡刺激后會自發(fā)地產(chǎn)生一個動作電位，而當(dāng)膜電壓低于臨界電壓0.1mV時，神經(jīng)元在撤去刺激后不能產(chǎn)生放電.將這個臨界電壓定義為神經(jīng)元的放電閾值.這樣，高于此閾值0.1mV對應(yīng)的是神經(jīng)元的閾上響應(yīng)，而低于此閾值0.1mV對應(yīng)的是神經(jīng)元的閾下響應(yīng).在這種刺激方案下，動作電位的產(chǎn)生完全是由流向胞內(nèi)的Na+電流激活導(dǎo)致，而斜坡刺激的作用只是驅(qū)使閾下膜電壓以不同的去極化速率達到放電閾值.

　　3放電閾值的動態(tài)特性

　　3.1放電閾值的可變性

　　神經(jīng)元的放電閾值不是一個固定值，而是具有高度可變性.這種可變性又被稱為閾值動態(tài)(thresholddynamics)，它在神經(jīng)系統(tǒng)的許多區(qū)域內(nèi)都可以發(fā)現(xiàn)，如海馬[46-51]、視覺皮層[52-57]、軀體感覺皮層[58-63]、前額葉皮層[64-69]、新紋狀體[70-75]、小腦[76-79]、基底核[80-83]、丘腦[84]和背根神經(jīng)節(jié)[85,86]等.

　　列舉了這些區(qū)域內(nèi)一些常見神經(jīng)元的兩個放電閾值，用以說明閾值電壓在細胞內(nèi)和細胞間的可變性.值得注意的是，前期報道神經(jīng)元放電閾值的電生理實驗研究有很多，而表1只總結(jié)了其中的一個較高值和一個較低值.此外，列舉的放電閾值數(shù)據(jù)是基于胞體測量所得，而非軸突.這些數(shù)據(jù)顯示，在神經(jīng)系統(tǒng)的不同區(qū)域內(nèi)同類神經(jīng)元的放電閾值不同.

　　例如，L2/3錐體神經(jīng)元在視覺皮層[54,55]、軀體感覺皮層[58,59]和前額葉皮層[64,65]這三個區(qū)域內(nèi)的放電閾值存在很大差異，而多棘神經(jīng)元在新紋狀體[74,75]和基底核[84]這兩個區(qū)域內(nèi)的放電閾值同樣也存在很大差異.不僅如此，在神經(jīng)系統(tǒng)同一區(qū)域內(nèi)，同一類神經(jīng)元的放電閾值也不是固定不變，而是在一個范圍內(nèi)動態(tài)變化.例如，海馬CA1區(qū)錐體神經(jīng)元的放電閾值在文獻[46]和[47]中的差異高達45.33mV左右，脊髓背根神經(jīng)節(jié)細胞的放電閾值在文獻[85]和[86]中的差異高達31.9mV左右.此外，神經(jīng)元放電閾值的變化范圍也不是固定不變的.例如，海馬CA3錐體神經(jīng)元的放電閾值在文獻[50]中的標(biāo)準(zhǔn)差僅為0.3mV，而在文獻[51]中的標(biāo)準(zhǔn)差為3.6mV，后者是前者的12倍;新紋狀體內(nèi)Cholinergic神經(jīng)元的放電閾值在文獻[72]中的標(biāo)準(zhǔn)差僅為5.1mV，而在文獻[73]中的標(biāo)準(zhǔn)差卻高達13.62mV.

　　3.2閾值動態(tài)的狀態(tài)依賴性

　　放電閾值的可變性并不是完全隨機的，而是具有一定的規(guī)律性.放電閾值的動態(tài)變化受放電歷史特性控制，特別是放電前的閾下膜電壓狀態(tài).放電閾值對膜電壓狀態(tài)的這種依賴性又被稱為對膜電壓的適應(yīng)性[11,15,87]，或放電閾值適應(yīng)性.下面將從三個方面對動態(tài)閾值的狀態(tài)依賴性進行梳理和介紹.

　　4放電閾值動態(tài)的產(chǎn)生根源

　　放電閾值動態(tài)的產(chǎn)生與很多因素有關(guān)，包括Na+通道失活、K+通道激活、動作電位記錄位置和起始位置之間的差異、離子通道噪聲、突觸電導(dǎo)波動和細胞幾何形態(tài)等.

　　4.1Na+通道失活

　　Na+內(nèi)流導(dǎo)致膜電壓去極化，故而動作電位起始過程與細胞膜上壓控Na+通道的激活和失活密切相關(guān).雖然Na+通道激活直接決定放電閾值，但是Na+通道失活也是調(diào)控放電閾值動態(tài)的一個主要生物物理因素.這一結(jié)論已經(jīng)在多種神經(jīng)元中得到證實，例如貓視覺皮層錐體細胞[13,14]、大鼠體覺皮層細胞[32]、大鼠前額葉皮層L5錐體細胞[27]、大鼠海馬錐體細胞[35,93]、倉鸮下丘外側(cè)核細胞[11]和鳥類巨細胞核聽覺級聯(lián)神經(jīng)元[94]等.Wester和Contreras[37]采用多艙室模型詳細刻畫了Na+失活動力學(xué)對AIS和胞體放電閾值動態(tài)的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)Na+通道在超極化電壓處慢速失活時，Na+失活自身便足以使AIS和胞體產(chǎn)生與閾下dV/dt成反比關(guān)系的放電閾值.

　　Platkiewicz和Brette[15,87]指出降低Na+半失活電壓導(dǎo)致靜息狀態(tài)下部分Na+通道失活，進而增強Na+失活對閾值動態(tài)的調(diào)節(jié)作用.事實上，Na+通道的激活動態(tài)通�？煊谑Щ顒討B(tài)，所以超過放電閾值的膜電壓去極化優(yōu)先導(dǎo)致Na+通道激活，進而產(chǎn)生動作電位的快速上升相.但是，膜電壓去極化也誘發(fā)Na+失活，所以Na+通道激活與失活動力學(xué)速率之間的不匹配使得放電起始過程對閾下去極化速率dV/dt十分敏感[13,14].

　　具體來說，當(dāng)閾下dV/dt較小時，Na+通道失活可以在閾下區(qū)域與激活同時進行，這有效降低了可利用Na+通道數(shù)目，進而增加放電閾值;相反，當(dāng)閾下dV/dt較大時，Na+通道可以在短時間內(nèi)快速激活，但是卻沒有足夠時間實現(xiàn)失活，這有效增加了可利用Na+通道數(shù)，進而減小放電閾值.因此，放電閾值隨著閾下dV/dt增加而降低，二者之間呈現(xiàn)反比關(guān)系。

　　5放電閾值動態(tài)對神經(jīng)元編碼的重要性

　　胞體放電閾值動態(tài)能夠靈活塑造神經(jīng)元對閾上刺激的放電時刻，進而增強其時間編碼能力.例如，Higgs和Spain[12]發(fā)現(xiàn)皮層錐體神經(jīng)元中低閾值Kv1通道電導(dǎo)通過控制放電閾值對閾下dV/dt的動態(tài)依賴性，進而影響細胞的精確放電時刻;Kuba和Ohmori[94]發(fā)現(xiàn)閾值動態(tài)能夠調(diào)控巨細胞核對聽覺信息的精確時間編碼。

　　Cardin等人[105]發(fā)現(xiàn)放電閾值對閾下dV/dt的動態(tài)依賴性通過控制視覺皮層細胞在同步突觸輸入下的放電時刻，進而增加其放電準(zhǔn)確性;Henze和Buzsáki[35]指出突觸輸入特性和細胞固有電導(dǎo)通過調(diào)節(jié)海馬錐體神經(jīng)元的放電閾值，進而影響動作電位的精確產(chǎn)生時刻;Cudmore等人[28]指出低閾值Kv1通道電流通過調(diào)控海馬CA3區(qū)錐體細胞的放電閾值可變性，進而影響放電時刻準(zhǔn)確性和網(wǎng)絡(luò)同步性.胞體放電閾值動態(tài)有利于增強神經(jīng)元對輸入信息的特征選擇能力.

　　例如，Wilent和Contreras[32]發(fā)現(xiàn)體覺皮層神經(jīng)元的放電閾值可變性能夠有效促進放電輸出對特定感覺輸入的方向選擇性;Escabí等人[106]發(fā)現(xiàn)下丘神經(jīng)元對聲音特征的選擇性與它們和突觸后細胞的信息交流之間存在一種折中關(guān)系，而由突觸輸入導(dǎo)致的放電閾值可變性能夠解釋二者之間的折中關(guān)系;Azouz和Gray[13]發(fā)現(xiàn)放電閾值對膜電壓變化的動態(tài)依賴性增強了同步突觸輸入下視覺皮層神經(jīng)元的暫態(tài)去極化響應(yīng)，進而塑造皮層細胞的特征選擇性;Priebe和Ferster[107]提出放電閾值能夠增強視覺皮層細胞的方向選擇性、聽覺皮層細胞的頻率選擇性以及軀體感覺皮層的觸須選擇性;Mensi等人[24]發(fā)現(xiàn)新皮層L5錐體神經(jīng)元的放電閾值動態(tài)可以以自適應(yīng)方式調(diào)節(jié)胞體積分的有效時間尺度，進而增強細胞對輸入信號快速波動的選擇性;Huang等人[108]發(fā)現(xiàn)適應(yīng)性放電閾值能夠降低胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)換時的信息損失以及增強神經(jīng)元對高相關(guān)輸入的選擇性，進而保證神經(jīng)元編碼的魯棒性和時序準(zhǔn)確性.

　　6結(jié)語與展望

　　放電閾值通過控制動作電位的發(fā)放決定時空輸入下神經(jīng)元輸出的精確時序.放電閾值具有高度可變性，這種動態(tài)特性對于理解神經(jīng)元輸入-輸出關(guān)系和時空編碼機制具有重要意義.多年來的相關(guān)研究主要從不同細胞的閾值電壓、放電閾值的動態(tài)規(guī)律、閾值動態(tài)的產(chǎn)生根源和閾值動態(tài)與神經(jīng)編碼之間關(guān)系等方面展開，而采用的技術(shù)手段主要為電生理實驗、神經(jīng)計算模型或二者相結(jié)合方法.其中，大部分研究關(guān)注的是胞體的放電閾值，但也有一些研究探討胞體和AIS閾值之間的差異與聯(lián)系.

　　由于真實細胞或生物物理模型的動作電位閾值并不是已知值，所以相關(guān)研究還針對在體實驗、離體實驗和神經(jīng)元模型提出了多種量化閾值電壓的方法.研究結(jié)果一致表明，放電閾值動態(tài)不僅依賴于刺激輸入，更受神經(jīng)元的近期放電歷史控制，呈現(xiàn)狀態(tài)依賴性.同時，放電閾值在胞體和AIS兩個位置呈現(xiàn)非均勻分布，這種位置依賴性的產(chǎn)生與軸突動作電位的反向傳播密切相關(guān).特別地，放電閾值對閾下膜電壓變化的依存性在很大程度上是一個由離子通道動態(tài)、細胞幾何形態(tài)、突觸電導(dǎo)和軸突放電反傳等因素控制的確定性過程，幾乎不受噪聲影響.

　　從這個角度看，放電閾值動態(tài)也是可興奮細胞的一個固有特性.作為一個固有特性，胞體閾值的可變性與放電起始動態(tài)之間存在基本的生物物理聯(lián)系，而它對神經(jīng)元輸入-輸出轉(zhuǎn)化的影響也是多方面的，包括增強時間編碼、特征選擇、增益調(diào)控和同時偵測等能力.這些關(guān)于神經(jīng)元離子電流特性、空間幾何形態(tài)、放電閾值動態(tài)和輸入-輸出轉(zhuǎn)化之間關(guān)系的認(rèn)識有助于從機制上解釋神經(jīng)元及神經(jīng)回路的信息編碼過程.目前關(guān)于放電閾值動態(tài)的研究已經(jīng)取得了重要進展，為理解神經(jīng)元興奮性、動作電位起始過程以及輸入-輸出轉(zhuǎn)化提供了重要見解.但是，由于神經(jīng)元形態(tài)、離子電流和突觸輸入的復(fù)雜多樣性以及這些因素對放電閾值動態(tài)的影響尚不明晰等原因，仍然存在一些問題與機制有待于進一步研究.

　　參考文獻

　　[1]McIntoshAR.Contextsandcatalysts:aresolutionofthelocalizationandintegrationoffunctioninthebrain.Neuroinformatics,2004,2(2):175-182

　　[2]ShineJM,MüllerEJ,MunnB,etal.Computationalmodelslinkcellularmechanismsofneuromodulationtolarge-scaleneuraldynamics.NatNeurosci,2021,24(6):765-776

　　[3]HoelEP,AlbantakisL,TononiG.Quantifyingcausalemergenceshowsthatmacrocanbeatmicro.ProcNatlAcadSciUSA,2013,110(49):19790-19795

　　[4]BreakspearM.Dynamicmodelsoflarge-scalebrainactivity.NatNeurosci,2017,20(3),340-352

　　[5]IzhikevichEM.DynamicalSystemsinNeuroscience:TheGeometryofExcitabilityandBursting.Cambridge:TheMITPress,2005:26-36

　　作者：伊國勝趙強魏熙樂王江**

轉(zhuǎn)載請注明來自發(fā)表學(xué)術(shù)論文網(wǎng)：http:///jjlw/28574.html