混合突触提供神经元活动的多样性

许多实验已证明，电突触和化学突触——即混合突触——在大多数生物体和脑结构中共存。电突触与化学突触连接在不同复杂度网络中对于神经活动多样性的作用在以往已被分别研究。然而，关于混合突触在神经网络自组织与鲁棒性的多种动力学状态中的理论理解仍未被充分研究。在此，我们提出一个由混合突触构建的神经网络模型，以研究全局与集体动力学状态的出现。该神经网络由相互兴奋性和抑制性群体构成。兴奋性群体以small world拓扑通过兴奋性突触连接，其相邻神经元还通过gap junctions连接。抑制性群体仅通过全连接的化学抑制性突触连接。我们的数值模拟表明，在缺乏电耦合的平衡网络中，该结构产生的同步状态主要由神经元异质性及其兴奋与抑制输入的平衡控制。在具有强电耦合的平衡网络中，多种动力学状态由兴奋与抑制权重的的不同组合产生。更重要的是，我们发现这些状态，如同步放电、簇同步及各种ripple事件，通过轻微改变化学耦合权重即可出现。当电突触耦合足够大时，整个神经网络变为同步。我们的结果为研究混合突触在神经功能中贡献的动力学机制与计算意义铺平了道路。