感觉系统的神经通路的兴奋抑制平衡机制及其动力学研究

Excitatory-inhibitory banlance is the foundation of brain function and plasticity. This program will study the neural associative function of sensory system from the aspcet of excitatory-inhibitory banlance mechanism, meanwhlie, nonlinear dynamics will be used to reslove more research hotspots. Including:study the biophysical models of visual and olfactory, explore the neural transmitter mechanism of the sensory system; effect of the short-term plasticity of synaptic on enhancing information transmission; effect of synchronous oscillations on excitatory-inhibitory balance; the influence of noise on temporal and spatial synchronizaiton of neural network。 Based on the neural science and nonlinear dynamics, this program will exlore the complex dynamics of neural network, it can also develop the progress of nonlinear dynamics.The study has important significance to the neural information science and nonliear mechanics, it can also develop the information processing and recognization of neural system.

兴奋性和抑制性的理想平衡是大脑正常功能和可塑性的根基。本项目拟以一种兴奋-抑制均衡的整合方式对神经元的有关功能进行研究，侧重于大脑感觉区域视觉及嗅觉系统这种平衡的建立、保持和修饰过程，同时结合非线性动力学中的多项方法、技术，研究此领域的热点问题。主要包括：研究生理解剖结构相对完整的视觉及嗅觉生物物理模型，揭示感觉系统细胞网络突触联结中神经递质的传导机制；研究突触的短时程可塑性对加强突触传递确定性的影响；探索感觉神经系统同步振荡对兴奋抑制平衡的影响；研究噪声对耦合神经元网络的时空同步的影响。在试验数据的基础上，从理论入手分析神经元及其突触连接网络的复杂动力学行为和发生机理，探索神经信息传递的非线性本质。此研究不但能推动非线性动力学和神经生理学理论和方法的新突破，而且在信息传递、智能识别领域也有重要意义。

本项目利用兴奋-抑制平衡的整合方式对神经元的有关功能进行研究，同时结合非线性动力学中的多项方法、技术，研究了此领域的相关问题。主要成果包括：通过研究HPA轴突和CA1神经模型在不同压力下的可塑性表现，表明CA1神经元可因不同的压力输入呈现不同的认知功能；分析了神经元皮层活性依赖可塑性及神经细胞的膜电位变化对信息编码的影响；用放电神经网络模型来模拟信息传递和认知，获得在不同条件下神经元兴奋抑制的平衡条件；研究了不同外界刺激及耦合强度对神经元网络的活动影响及外界随机因素例如时滞等对神经元网络活动状态的影响；做了神经元网络模型对临床医学数据的模拟并分析了各个参数的影响；构造出由兴奋性和抑制性神经元所构成的简单网络，从理论入手分析了神经元及其突触连接网络的复杂动力学行为的发生机理，探索神经信息传递的非线性本质；将网络拓扑结构与实际生物网络结合起来分析，研究了兴奋抑制平衡在建立耦合神经元网络的过程中不同的拓扑结构类型对神经元网络信息传递稳定性和有效性的影响。上述研究是非线性动力学和神经科学的跨学科交叉领域，其结果不但在非线性动力学和神经生理学领域有重要的理论意义，而且在神经医学、人工智能和计算机科学也有重要应用前景。