通过随机屏蔽解析离子通道噪声对峰间间期变异性的分子层面贡献

独立噪声源对动作电位时序变异性的贡献此前尚未在基于电导的离子状态图内单个有向分子跃迁的层面得到研究。其 underlying 联系提供了一个重要范例，说明数学如何被用于研究不可观测的微观涨落对宏观可观测量的影响。我们研究了一个随机朗之万模型，并展示如何解析离子通道图中每一次跃迁对峰间间期（ISI）方差的个体贡献。我们将 (Cao et al. 2020, SIAM J. Appl. Math) 中发展的平均返回时间（MRT）相位约化推广到从 MRT 等时线返回自身的返回时间二阶矩。由于定电压峰检测触发点并不对应于 MRT 等时线，相间间期（IPI）方差仅近似 ISI 方差。我们发现当两者均可计算时，IPI 方差与 ISI 方差一致在几个百分点以内。此外，我们严格证明并数值表明，我们所给出的 IPI 方差表达式在小噪声（大系统尺寸） regime 下是准确的；我们的理论在小噪声极限下是精确的。通过有选择地仅纳入那些对大部分 ISI 方差负责的少数跃迁相关噪声，我们的分析将随机屏蔽（SS）范式 (Schmandt et al. 2012, Phys. Rev. Lett.) 从定电压钳制情形推广至定电流钳制情形。我们数值显示，即便在更大且生理相关的噪声水平下，SS 近似仍具有高度准确性。我们表明，ISI 方差并非无歧义定义之量，而是依赖于所选取作为峰检测阈值的电压水平集，无论在体外还是在计算机模拟中皆然。