基于三维电扩散的缝隙连接电偶联模型构建及其在癫痫发生和调控研究中的应用

神经元之间通过缝隙连接电偶联所介导的电传导活动对神经系统功能和癫痫等神经系统疾病的发生发展有重要作用，而单纯从生物学角度研究，难以获得缝隙连接电偶联单元内神经元信息传导规律的全面认知。本研究拟通过理论建模与实验验证相结合的方法，以参与缝隙连接电偶联的缝隙连接通道和钠、钾离子通道为切入点，从电传导过程中离子扩散和电场变化这两个物理过程出发，运用三维电扩散理论和有限体积数值计算方法，建立可关联缝隙连接解剖结构的几何特征、缝隙连接通道和离子通道生物物理特性参数的数学模型；并通过痫样放电体外实验进行理论模型的验证。所建模型可对缝隙连接电传导区域内的离子浓度和电场的时间-空间演变以及缝隙连接电偶联单元的组成要素对神经元电传导影响的规律进行量化描述；通过调整模型参数，可模拟生理、病理状况和药物干预下的电传导活动，为神经元电传导的理论研究以及癫痫等神经元同步化相关疾病的调控研究提供理论模型和数据支撑。