离子扩散对神经组织中细胞外电位的影响
生物物理
2017-02-08 v2 计算物理
神经元与认知
摘要
在计算神经科学中，通常使用简化假设：扩散电流相比于欧姆电流可忽略。然而，持续的强烈神经信号传导可能导致局部离子浓度在毫摩尔范围的变化。理论研究已识别出一些情形，其中陡峭的浓度梯度产生与欧姆电流量级相当的扩散电流，且扩散可忽略的简化假设不成立。我们在此提出一种新形式体系用于计算(1)离子浓度动力学和(2)围绕多房室神经元模型或此类模型网络（例如Blue-Brain模拟器）的细胞外空间中的电势。我们利用此形式体系探索扩散电流对一小群活跃皮层神经元周围的细胞外(ECS)电位的影响。我们的关键发现如下：(i) 持续的神经元输出时段（模拟运行了84 s）可能使局部ECS离子浓度改变几个mM，如实验所观测。(ii) 对于大但真实的浓度梯度，ECS中的扩散电流与欧姆电流量级相同。(iii) 神经元电流源可诱导ECS电位局部变化几mV，而扩散电流可诱导ECS电位局部变化几十mV。因此扩散电流对ECS电位可能有相当显著的影响。(v) 由扩散电流引起的电位变化相当缓慢，但可能影响与由欧姆电流引起的（电位变化）可相比较的（变化），最高达7 Hz频率。
引用
@article{arxiv.1505.06033,
title = {The effect of ionic diffusion on extracellular potentials in neural tissue},
author = {Geir Halnes and Tuomo Mäki-Marttunen and Daniel Keller and Klas H. Pettersen and Gaute T. Einevoll},
journal= {arXiv preprint arXiv:1505.06033},
year = {2017}
}
备注
27 pages, 8 figures