致谢作者要感谢Claudia Binder的专家技术援助和医学博士。Aida Salameh为培养基的表征提供了帮助。这项工作得到了欧洲研究委员会的赠款(ERC合并赠款865634“ Presynplast” S.H.和ERC Advanced Grant 884281“ Synapse -Build”给V.H.),Deutsche Forschungsgemeinschaft(DFG,德国研究基金会;研究单位Synabs HA6386/9-2和HA6386/10-2 to S.H.;德国卓越策略 - Exc- 2049 - 390688087 to V.H.; Neuronex2/ha2686/19-1 to V.H.;研究单位Synabs GE2519/8-2和GE2519/9-2至C.G.; KFO 5001/KI1460/9-1,SPP 2205/KI1460/7-1和KI1460/5-1 to R.J.K.)。
图 2 蒙古沙鼠梯形体 (TB) 髓鞘的高分辨率图像。抗神经丝相关抗原 (3A10) (a – c) 和神经丝重链 (NFH) (d – f) 的抗体用作轴突标记物。抗髓鞘碱性蛋白 (MBP) 的抗体显示髓鞘。在出生后第 6 天 (a、a')、出生后第 9 天 (b、b 0 ) 和出生后第 13 天 (c、c 0 ) 从 TB 区域沙鼠大脑冠状振动切片中获取共聚焦单光学图像。在出生后第 7 天 (d、d 0 )、出生后第 10 天 (e、e') 和出生后第 14 天 (f、f 0 ) 从 TB 区域沙鼠大脑矢状振动切片中获取共聚焦单光学切片。 (a – f) 轴突标记物 3A10 (a – c) 和 NFH (d – f) 以红色显示,MBP 免疫反应性以绿色表示。(a' – f 0) 相应的 MBP 染色图像。出生后第 6 天 (a、a') 可以看到短的、有时是点状的髓鞘碎片,其间散布着较长的无髓鞘间隙。少突胶质细胞 (白色星号) 积极产生 MBP,用抗 MBP 抗体标记。在出生后第 7 天的矢状切面中,可以看到 TB 纤维的横截面。一小部分 TB 轴突被 MBP 包围,用抗 MBP 抗体标记。出生后第 9 天 (b、b 0),TB 中的大部分轴突都是髓鞘化的。然而,人们可以很容易地注意到一些轴突没有被髓鞘包裹 (白色箭头,b)。在出生后第 10 天的矢状切面上,大多数轴突被髓鞘包裹,但有些没有(白色箭头,e)。到出生后第 13 天(c,c 0)可以看到髓鞘包裹所有轴突。请注意,髓鞘轴突排列非常紧密,以至于很难勾勒出属于单个轴突的髓鞘。在出生后第 14 天的矢状切面上,TB 区域的所有轴突横截面都被髓鞘包裹。比例尺:20 μ m。
实践 12 动作电位产生的计算机模拟 实践目的 本实践的目的是通过计算机研究动作电位如何依赖于电压门控钠通道和钾通道的特性。 要准确(定量)描述这一现象需要生物物理学语言,借助生物物理学语言,我们不仅可以准确描述生物电,特别是兴奋性,还可以准确预测与疾病相关的变化将如何影响轴突电位的产生。 本实践让学生了解神经生理学家如何描述神经细胞的基本神经生理特性以及日常实践中动作电位的产生。 实验设置 计算机软件“MetaNeuron”用于模拟可兴奋细胞的电生理特性,由明尼苏达大学的 Eric Newman 开发。 第一部分 目的:本部分实践的目的是让您熟悉 MetaNeuron 软件和描述动作电位过程的基本参数。模拟过程:1. 打开 MetaNeuron 软件。从 Lesson 下拉菜单中选择 Lesson 4: Axon action potential 。根据定义的参数(下图中标记),程序计算膜电位随时间的值。请注意窗口底部的红色图表,显示何时施加去极化刺激。去极化刺激的持续时间由 Width (ms) 参数决定(上图中的蓝色框;默认值为 0.1ms)。达到阈值电位后,就会产生动作电位。软件只接受以点作为小数分隔符的值。
摘要:微电极阵列(MEA)允许通过感应:细胞外动作电位和(体内)局部场电位来监测数千个神经元/mm 2。MEAS在空间网格中排列了几个记录位点(或像素),并与电体内细胞培养物和/或集成在电皮质学网格中。This paper focuses on Electrolyte-Oxide MOS Field-Effect-Transistors (EOMOSFET) MEAs for cell- level recording and presents a complete model of the neuron-electronics junction that reduces to a single electrical scheme all the biological (the neuron) and physical layers (the electrolyte, the Diffuse/Helmoltz capacitances, the oxide and the MOS transistor) composing the interface.这允许预测来自生物环境(电解质浴)的噪声功率,并优化所有电源参数的主要目的,以最大程度地降低最终的感应噪声图,从而增强采集信噪比比率。频域模拟来自提议的模型表明,在构建EOMOSFET像素中涉及的所有参数都有一个最佳设计点,该参数允许在<12 µV rms <12 µV RMS <12 µV RMS的信号对噪声比例进行> 9 dB的信噪比。这最终将使通过电解质裂口流动的超湿神经电位信号的高分辨率记录,这些信号从未探索过采用平面电容耦合接口。
通讯作者:Deborah K. Lieu,博士,加利福尼亚大学戴维斯分校,内科系,心血管医学科,再生疗法研究所 1616,2921 Stockton Blvd.,萨克拉门托,CA 95817,电话:916-734-0683,dklieu@ucdavis.edu。作者贡献 Sun:构思和设计,数据收集和汇编,数据分析和解释,手稿撰写 Kao:数据收集 Chang:数据收集 Merleev:软件开发和数据分析 Overton:数据收集 Pretto:数据收集 Yechikov:软件开发,数据分析和解释 Maverakis:软件开发和数据分析 Chiamvimonvat:数据分析和解释,手稿最终审定 Chan:提供仪器,手稿最终审定 Lieu:构思和设计,资金支持,数据分析和解释,手稿撰写,手稿最终审定
在计算神经科学的许多领域中,神经元通常被分析为二元电化学开关(DeWeese 等人,2003 年;Victor,2006 年;Jensen 等人,2013 年;Mayfield,2013 年;Sterling and Laughlin,2015 年;Gupta and Bahmer,2019 年)。在这个抽象层次上,脉冲神经元可以被视为具有两个稳定位置的记忆系统。神经元可能正在发射,在这种情况下,其状态通常标记为 1,或者神经元可能正在静止,在这种情况下,其状态通常标记为 0。由于神经元发射动作电位的概率受到许多不同的未知因素的影响(例如神经元的温度、其发射阈值、其与突触前输入的连接程度等),因此,在香农的通信理论中,可以将发射状态和静止状态之间的区别作为二元随机变量进行研究。因此,通常隐含地假设单个动作电位的香农熵为
摘要 — 仔细分析了 Hodgkin-Huxley 和 Hodgkin-Katz 为找出鱿鱼轴突中钠离子产生的电脉冲而进行的实验研究。他们以数学模型的形式定量描述了他们的发现,该模型用于产生产生神经兴奋和电流传导动作所必需的电位。我们提出了他们脉冲产生理论的创新量化模型。它将为从量化原理的角度探索理论提供新的研究平台,并使电动力学和量子场论方法在 Hodgkin-Huxley 方程及其应用的新分析中的应用成为可能。我们将讨论一些合理的应用和一些关于量化模型使用的新猜想。这可以看作是对数学哲学复兴和更新的补充努力。
