听觉系统中噪声对信息调控作用的研究

各种随机因素（噪声）对非线性体系动力学行为的调控作用的研究一直是目前非线性科学研究领域的热点课题之一。在听觉系统中当听毛细胞受损时，耳蜗神经元缺乏自发活性，而目前的耳蜗植入不能模拟正常听觉系统中的随机性。因此，本项目着重考虑神经元通道噪声对耳蜗植入时听觉神经纤维响应电刺激信号动力学机制的影响，讨论噪声的积极作用。考虑亚网络等精细结构内以及之间，信息是如何如何传递的，建立生物学真实可靠的听觉亚网络模型，并进一步组装成为"功能柱"型的神经网络，探讨声音信号在听觉中枢中的编码和传递机制，解释实验结果，并提出预测，并可能应用到今后对听觉疾病的治疗中。

本项目的立项目的是研究听觉信息在传导通路中的传递和在听觉中枢内的加工机制，这对人们认识听觉系统的构成及作用，并用于听觉疾病的治疗，具有十分重要的生物学和医学意义。立项时拟定的主要研究内容为：在单个神经纤维层次上，考虑在噪声作用下的听觉神经纤维随机动力学行为，研究其统计学特性，揭示噪声和不同形式电刺激信号共同作用下的神经纤维响应机制；在此基础上考虑听觉神经纤维的网络结构，探讨亚网络等精细结构内以及之间，信息是如何传递的，建立信息传递的生物学模型，并可能应用到今后对相关疾病治疗上。. 研究按计划执行，(1)在单个神经元模型中，发现类似噪声的高频信号能通过振动共振方式优化阈值下低频信号的传输；(2)在网络结构方面，通过基因表达网络模型，探讨了网络结构和功能之间的关系；(3)在系统内噪声研究方面，通过对结肠腺管细胞群生物模型的理论和数值研究，发现在阈值附近内噪声最强，能极大的影响不同细胞群个体数目；(4)在信号转导方面，利用有丝分裂原活化蛋白激酶信号转导网络，考虑了不同的信号转导机制对网络输出的影响；(5)在系统噪声和延迟共同作用的研究方面，通过对一个简单基因表达模型的研究，发现时间延迟能诱导基因开关同时会改变噪声诱导的随机共振的强度；(6)在实验研究方面，以蝙蝠为模式生物，探讨了不同声刺激下听觉神经元响应特征以及可能的内在机制；(7)通过进一步的在体实验，考虑抑制性突触后输入对神经元响应的影响。