神经元电场的有限元分析：非均匀电阻率的影响
神经元与认知
2013-01-22 v3
摘要
细胞外场模拟是计算神经科学领域的重要方法之一。其最常见的用途是验证脑电图 (EEG) 和细胞外尖峰记录等实验方法，或对难以通过经验确定的生理现象进行建模。持续的实验工作重新引发了人们对神经元结构间极化效应在神经元通讯中重要性的关注。由于这些效应依赖于非常微小的电位变化，因此需要更好的建模方法，以更真实的方式量化微观尺度下的弱电场。影响海马结构中局部场效应的一个重要因素是细胞外组织的非均匀电阻率。绝大多数建模研究将细胞外空间视为均匀的，而实验表明，锥体层 (stratum pyramidale) 的电阻率是其他海马层的两倍。基于点源近似的细胞外电场常用模拟方法，只能用单一的线性因子来描述空间的电阻。我们提出，模型应基于时空依赖的麦克斯韦方程组 (Maxwell equations)，以考虑细胞外空间的非均匀特性以及致密海马层中神经元的特定排列。为了证明非均匀细胞外电阻率和神经元空间取向对建模结果的影响，我们将经典隔室模型的解与通过有限元法 (FEM) 求解的时空偏微分方程 (PDEs) 相结合。利用这些方法，我们表明，纳入非均匀电阻率会对靠近发射神经元的电压产生重大影响，与均匀模型相比，显著增加了细胞外电位。
引用
@article{arxiv.1211.0249,
title = {Finite element analysis of neuronal electric fields: the effect of heterogeneous resistivity},
author = {Pavol Bauer and Sanja Mikulovic and Stefan Engblom and Katarina E. Leão and Frank Rattay and Richardson N. Leão},
journal= {arXiv preprint arXiv:1211.0249},
year = {2013}
}
备注
7 pages, 4 figures