神经元胞外电位的计算模型比较

胞外空间在神经科学中的作用具有模糊性。它存在于每一个生理相关系统中，且常在实验记录中作为测量位点，但与胞内域相比，其受到的关注较少。在计算建模中，它通常被视为具有恒定电导率的被动、均匀电阻介质，这极大地简化了胞外电位的计算。然而，近期研究表明，局部离子扩散与电活性膜的电容效应可对胞外电位产生实质性影响。这些效应无法用传统模型描述，并已成为理论与实验分析的对象。我们致力于概述胞外空间建模的近期进展，特别关注不同时间与空间尺度上的浓度与电位动力学。通过理论与数值模拟两种方式，对具有不同假设与细节水平的三个模型进行了比较：最常以线源近似（LSA）形式使用的经典体导体（VC）模型；非常详细但计算量大的 Poisson-Nernst-Planck 电扩散模型（PNP）；以及介于两者之间的电中性模型（EN）。结果清楚地表明，不存在适用于所有应用的单一模型，因为它们表现出显著不同的响应，尤其是在靠近神经元膜处。最后，我们列出了模型模拟的一些常见用例，并针对每种情况给出了使用何种模型的建议。