与运动功能异常相关的丘脑底核-苍白球神经元群网络的动力学研究

The basal ganglia consists of multiple subcortical nuclei in the brain, and its activity is closely associated with the motor function. A variety of nonvoluntary motor movements due to the injure of different parts of the basal ganglia. Recent research shows that the decrease of the firing frequency in the globus pallidus accompanied by bursts is highly associated with motor dysfunction..By using the theory and methods of the nonlinear dynamics, this project tends to detect the potential cause for motor dysfunction. The content includes: (1) The dynamic properties of two types neuron in the globus pallidus and their functions in motor modulating; (2) Constitution of the network of subthalamic nucleus and globus pallidus and the dynamic properties of this network. Main points are the effects of the intrinsic properties of the neurons, the synaptic plasticity, and the balance of the excitatory and the inhibition on the synchronization and rhythm dynamics of the network; (3) Presentation of some useful control strategies on synchronization of the network. The results from this project can throw light on clinical prevention and cure of motor dysfunctions.

基底神经节是大脑深部一系列神经核团组成的功能整体，具有重要的运动调节功能，其不同部位的病理损伤会产生一系列非自主性运动障碍。最新研究表明基底神经节中苍白球神经元放电频率的降低以及簇状放电的产生与运动功能异常直接相关。本项目拟利用非线性动力学理论和方法，研究非自主性运动障碍的产生机制，主要内容包括：（1）苍白球核团中两种类型的神经元的动力学特性及其在基底神经节的运动调节功能中的作用；（2）建立由底丘脑核和苍白球核团构成的神经元环路，研究此神经网络的动力学特性，主要讨论神经元离子通道的内在性质、神经元之间突触连接的可塑性特征、抑制性突触等条件对于此神经网络的同步放电行为和放电节律的影响；（3）提出切实可行的控制策略控制上述神经网络的同步行为和放电节律行为。本项目属于非线性动力学和神经科学的交叉研究，研究结果有望在临床上为运动功能障碍的控制和治疗提供理论指导。

基底神经节是大脑深部一系列神经核团组成的功能整体，具有重要的运动调节功能。本项目利用非线性动力学理论和方法，建立了由丘脑底核、苍白球外侧以及苍白球内侧构成的基底神经节动力学模型，研究了非自主性运动障碍的产生机制，并提出了适当的控制策略控制基底神经节的同步特性及放电节律。主要内容包括：（1）基底神经节网络中直接通路、间接通路和超直接通路的相互作用：讨论了直接通路和间接通路的协同作用对于基底神经元网络的动力学影响，以及间接通路和超直接通路对于基底神经节网络震颤振荡的协同作用；（2）兴奋—抑制平衡神经元网络的同步和节律动力学：将基底神经节抽象成一个具有兴奋性连接和抑制性连接的兴奋-抑制平衡网络，讨论了神经元的类型、突触耦合的强度变化以及网络的拓扑结构、噪声和时滞对于网络的同步程度和放电节律转迁的影响；（3）设计有效的刺激方案控制基底神经节网络的同步行为：设计了一个脉冲-延迟-脉冲型的深度脑刺激方式，研究了这种刺激方案和多靶点刺激方式共同作用下，如何调节刺激频率能够在低频刺激下达到较好的治疗效果。这些问题的研究为深入理解非自主性运动障碍的产生提供了理论依据，同时有望在临床上为运动功能障碍的控制和治疗提供理论指导。