针刺足三里穴丘脑核团电信息的网络编码机制研究

Ventral posterior lateral (VPL) thalamic nucleus is a relay station whose physiological role is to transmit the acupuncture information arriving from sensory receptors to the brain cortex. It is particularly important to investigate neural coding mechanisms of the acupuncture electrical information in this nucleus for understanding its conduction and function mechanisms. However, few research has been reported on its quantification and coding mechanism in thalamic nucleus. Therefore, in this project it has been first proposed to explore the coding mechanism of acupuncture electrical information in VPL thalamic nucleus. In this project, multielectrode array is used to record neural electrical signals from VPL thalamic nucleus evoked by the acupuncture at Zusanli. After a nonlinear dynamical analysis of experimental recordings, the functional network of the thalamic nucleus is reconstructed. Complex network theory and methods will be performed to extract its characteristic parameters, by which structural properties of the nucleus under the action of acupuncture can be obtained. Based on these data analysis results, a neuronal network model of the thalamic nucleus is constructed. With the consideration of synchronization and resonance, the effects of external stimulus and noise on firing properties of the network are studied to reveal network coding mechanisms of acupuncture electrical information in the thalamic nucleus.

丘脑腹后外侧核是针刺信息由感觉感受器传向大脑皮层的中继站，基于它的针刺神经编码机制研究，对于理解针刺电信息的传导与作用规律具有重要意义。然而关于丘脑核团中针刺电信息的量化及编码机制研究尚未见文献报道。因此，本项目首次提出从丘脑腹后外侧核角度，研究针刺神经编码机制。 本项目首次采用多电极阵列测取针刺足三里穴诱发的丘脑腹后外侧核神经电信号，经过非线性动力学分析重构丘脑核团的功能网络，并利用复杂网络的理论和方法提取网络特征参数，得到针刺作用下丘脑核团的网络结构特征；结合实验数据分析结果，建立针刺作用下丘脑核团的神经元网络模型；提出利用同步和共振机理，研究刺激输入和噪声对神经元网络放电特性的影响，揭示丘脑核团对针刺电信息的网络编码机制。

丘脑腹后外侧核是针刺信息由感受器传向大脑皮层的中继站，基于它的针刺神经编码机制研究，对于理解针刺电信息的传导与作用规律具有重要意义。本项目将实验数据与计算模型相结合，研究丘脑核团对针刺电信息的网络编码机制。利用微电极阵列采集针刺大鼠足三里穴诱发的丘脑核团神经电信号，经过放电检测和分类分析提取神经元集群的放电时间序列。利用格兰杰因果模型计算神经元之间的放电相关性，重构丘脑核团的功能网络，采用复杂网络的理论和方法提取网络结构参数，发现其具有显著的模块化和小世界特征。利用状态空间模型和贝叶斯理论估计针刺输入信号，并基于广义线性模型建立针刺作用下神经元的放电响应模型。基于实验数据分析结果，构建了丘脑核团的小世界和模块化神经元网络模型，研究神经元网络的同步编码机制，发现同步是针刺信息传导的重要机制，并得到了网络结构和参数等因素对同步的影响规律。将针刺信号等效为不同类型的神经元输入，研究随机噪声对神经元网络放电的影响，发现了噪声诱导的随机共振现象。随机共振是丘脑核团对针刺信号进行传递和检测的重要方式，是针刺神经网络编码的重要机制之一，神经元网络结构对系统随机共振具有重要影响。另外，对神经元网络同时施加高、低两种不同频率的刺激信号，以高频信号为调制信号，研究其对网络放电特性的影响，发现高频信号引发的振动共振是针刺神经元网络编码的重要机制之一。依据针刺信号传导通路的生理结构特征，建立了前馈神经元网络模型，研究神经元放电规则性的传导规律。该项目研究对于中医针刺和神经科学的发展具有重要意义，有助于科学解释针刺的作用机理，并为神经编码机制研究提供了新思路。