经颅磁声电刺激下皮层钙信号及突触传递特性的仿真与实验分析

作     者：赵清扬 张帅 杜文静 徐亦豪 ZHAO Qingyang;ZHANG Shuai;DU Wenjing;XU Yihao

作者机构：河北工业大学河北省生物电磁与神经工程重点实验室(筹)天津市生物电工与智能健康重点实验室天津300130 

出 版 物：《河北大学学报（自然科学版）》 (Journal of Hebei University(Natural Science Edition))

年 卷 期：2023年第43卷第3期

页      面：310-319页

学科分类：0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51877069) 河北省自然科学基金资助项目(E2021202184)。 

主　　题：经颅磁声电刺激 钙离子浓度 突触传递 短时程可塑性 兴奋性突触后电位 

摘      要：为了探究经颅磁声电刺激(transcranial magneto-acoustic-electrical stimulation,TMAES)不同磁场强度和超声功率强度对工作记忆信息编码相关的皮层神经元钙信号及突触传递特性的影响,首先通过搭建基于磁声电效应改进的皮层锥体神经元模型,引入钙依赖神经递质释放的计算方法以计算TMAES引起的兴奋性突触后电位(excitatory postsynaptic potential,EPSP),以EPSP作为评价指标来评估不同TMAES磁场强度和超声功率强度下突触传递的短时程可塑性.随后使用光纤光度检测技术实时记录TMAES下小鼠前额叶皮层神经集群的钙信号,以揭示TMAES下钙依赖神经信息传递机制.仿真结果表明:TMAES不同磁场强度和超声功率强度对突触后响应的大小具有双向调节作用,其中,突触传递产生的短时程增强和抑制是由于TMAES下胞内钙浓度的变化引起的囊泡释放和囊泡耗竭.实验结论表明:TMAES对前额叶皮层神经元集群钙信号幅度和频率均有明显的调节作用,TMAES可以通过调节神经钙浓度进而影响突触间的信息传递.