突触分子通信中基于通用三态受体的信号接收
神经元与认知
2023-01-18 v2 新兴技术
摘要
通信工程师研究突触通信主要有两个原因。一是实现需要与神经元接口的 novel 神经工程应用。另一原因是为合成分子通信系统的设计汲取灵感。这两个目标都需要理解化学突触信号在突触接收端(Rx)如何被感知和转导。虽然突触分子通信(SMC)中的信号接收严重依赖于突触 Rx 所采用受体的动力学，现有的 SMC 信道模型要么过度简化受体动力学，要么采用限于特定受体类型的复杂高维动力学方案。这两种方法都不便于对不同类型自然突触进行比较分析。在本文中，我们提出了一种新颖的 SMC 确定性信道模型，其采用通用三态受体模型，捕捉 SMC 中最重要的受体类型的特征。该模型基于菲克扩散方程的传递函数展开，并考虑了神经递质的释放、扩散和降解，以及它们与有限多个通用突触后受体的可逆结合。所提出的 SMC 模型是首个允许研究主要突触后受体类型的特征动力学对突触信号传输影响的方法。数值结果表明，当特化到特定自然受体类型时，所提模型确实展现出广泛的生物学合理动力学。
引用
@article{arxiv.2204.07478,
title = {Signal Reception With Generic Three-State Receptors in Synaptic MC},
author = {Sebastian Lotter and Michael T. Barros and Robert Schober and Maximilian Schäfer},
journal= {arXiv preprint arXiv:2204.07478},
year = {2023}
}
备注
6 pages, 6 figures. Presented at 2022 IEEE Global Communications Conference (GLOBECOM), Rio de Janeiro, Brasil