神经元电脉冲信号和胞内钙离子化学信号的相互作用

本研究的主要内容是以海马锥形神经元为主要模拟对象，结合最新的实验数据，考虑具有集团化分布的离子通道的神经元双膜结构（细胞膜和内质网膜结构），建立细胞膜脉冲电信号和胞内钙离子化学信号相互作用和扩散传播的神经元模型。通过模型数值结果和相关实验数据的比较，优化模型参数，建立较真实可靠的生物学模型。根据模型，系统地研究神经元电信号和化学钙信号间的相互动力学影响和控制机制,深入地讨论神经元双膜结构上各种离子通道的集团化分布和其随机开关动力学对神经元电信号和钙离子化学信号的影响。本项目的实施，将回答一些神经实验科学目前难于研究的前沿问题，如离子通道集团化的分布和功能关系，通道随机动力学在信号处理中的积极作用等。本课题对于促进我们对神经元复杂动力学过程的理解，拓展和加深我们对神经细胞的生物学功能的定量了解具有重要的科学意义。

细胞溶质内的游离钙离子在许多细胞活动中发挥着重要的作用。对于神经元，细胞膜上的神经电信号和胞内钙离子化学信号之间有着复杂的相互作用，每个神经元都可看作为一个含有细胞膜和内质网膜的双膜系统，而神经细胞的内质网则可视为神经元内的神经元。. 本研究深入探讨了如下的几个问题：（1）神经元膜上神经电信号的动力学性质，（2）内质网钙通道释放的胞内钙信号动力学性质，（3）膜上神经电信号和内质网钙通道释放的胞内钙信号动力学性质相耦合的动力学模型。（4）两个神经元通过纳米膜管的钙信号耦合动力学。本项目突出研究成果是关于细胞内质网钙信号释放的两种关闭动力学的阐明。我们首次从理论上阐明了内质网释放的钙信号，存在两种不同的关闭动力学，对实验上观察到的全局长时和局域短时钙信号释放的关闭动力学进行了清楚的阐明。. 通过该研究，我们发表相关论文12篇，其中SCI文章9篇。我们认为，计算神经科学的一个研究方向是考虑包含胞内钙动力学的神经元模拟，而且该研究前沿转向考虑胞内钙波扩散运动的空间神经元模型。包含内质网钙动力学的神经模型，尤其是考虑胞体和树突内钙扩散的空间神经元模型，将加深我们对神经动力学的认识。.在本基金的支持下，我们还开展新课题研究，开拓了对生物群体合作演化动力学的研究，发表2篇SCI文章。. 通过该研究，我们一共发表相关论文14篇，其中SCI文章11篇。在该基金资助期间，项目负责人获得2011年国家杰出青年基金，和2011年福建领军人才基金。