神经元树突分支结构中的捕获与逃逸

我们提出了一种用于神经元树突内非相互作用化学信号随机输运的粗粒化模型，并展示了首达性质如何依赖于受神经退行性疾病或衰老影响的关键结构因素：树的大小、由树突直径分段减小引起的拓扑偏置，以及生化笼和生长锥中的捕获概率。我们推导了首达时间分布的精确表达式，其在长时间极限下遵循普适的指数衰减。渐近平均首达时间在减小拓扑偏置时表现出从幂律标度到指数标度的交叉。我们标定了粗粒化模型参数，并获得了当树突结构的几何特征在衰老或神经退行性疾病进展过程中演化时的平均首达时间变化范围（选取并研究了文献中已报道树突结构病理变化明确趋势的几种疾病）。通过与蒙特卡洛模拟结果比较，我们证明了我们的分析方法在结构参数实际涨落下的有效性。此外，通过构造局部结构不规则性，我们分析了由此对化学信号输运及异质密度模式形成产生的影响。由于神经功能在很大程度上依赖于化学信号传递，我们的结果开启了建立疾病进展与神经功能之间直接联系的可能性。