课题基金 / 基金详情

海马体内记忆存储和提取的动力学建模分析与调控

批准号:
12072046
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
孙晓娟
依托单位:
学科分类:
非线性振动及其控制
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
孙晓娟

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
对海马体存储和提取记忆机制的研究一直是个热点问题,模式分离和模式完成是存储和提取记忆的关键环节。海马体内存在着形状、位置、连接性和内在属性等方面都有着较大差异的神经元,即异质性神经元。目前,关于异质性神经元对海马体存储和提取记忆影响的研究还较少。本项目拟利用非线性动力学的理论和方法,构建海马体的齿状回和CA3区域内的异质性神经元的多房室动力学模型,分析其放电动力学特性并给出简化模型;在此基础上,建立齿状回和CA3异质性神经元网络,讨论异质性神经元对齿状回的模式分离和CA3的模式完成过程的影响,揭示其发生的动力学机制,并探究其他因素和异质性神经元对这两个过程的协同调控作用;进而阐述异质性神经元在海马体存储和提取记忆中扮演的重要角色。本项目属于非线性动力学和神经科学的交叉研究,其研究结果不仅对揭示大脑存储和提取记忆的机制有重要的理论意义和研究价值,也为研究其他脑功能的工作机制奠定了理论基础。
英文摘要
The mechanisms of memory storage and retrieval in hippocampus has always been a hot research topic. Pattern separation and pattern completion are found to play important role in the process of memory storage and retrieval. There are different neurons in the shape, location, connectivity and internal attributes in the hippocampus, namely heterogeneous neurons. At present, there are few studies about the effect of heterogeneous neurons on the storage and retrieval of memory in hippocampus. In this project, the theory and method of non-linear dynamics are used to build a multi-compartment dynamical model of heterogeneous neurons in dentate gyrus and CA3 sub-region of hippocampus. We will analyze their firing dynamical characteristics and give a simplified model; Based on this, the network of dentate gyrus and CA3 neuronal network containing heterogeneous neurons are established. Using the established models, we will discuss effects of heterogeneous neurons on pattern separation of dentate gyrus and pattern completion of CA3 and try to give underlying mechanisms of the observed phenomena. Then, we move to investigate the regulated function of other factors and heterogeneous neurons on these two processes. With these studies, significant roles of heterogeneous neurons in the storage and retrieval of memory in the hippocampus are revealed. This project belongs to the cross research of nonlinear dynamics and neuroscience. The research results not only have important theoretical significance and research value for revealing the mechanism of memory storage and retrieval, but also lay a theoretical foundation for studying the working mechanism of other brain functions.
关于海马体存储和提取记忆机制的研究一直是一个热点问题,其中模式分离和模式完成是存储和提取记忆的关键环节。海马体内存在着形状、位置、连接性和内在属性等方面都有着较大差异的神经元,即异质性神经元。然而,关于异质性神经元对海马体存储和提取记忆影响的研究较少。本项目结合生物实验数据,构建了海马体内更为符合生物实验数据的三种不同类型颗粒细胞、篮状细胞、有棘锥体神经元和无棘锥体神经元的多房室动力学模型。依据构建的多房室模型,给出了调控这几类神经元对空间树突突触输入、时间突触输入的整合规律,以及不同整合规律下神经元的放电特性变化规律。研究结果指出超线性整合的神经元更易产生高频放电,而亚线性整合的神经元则更倾向于产生低频放电;还阐明了调控神经元树突整合机制及放电规律的关键离子通道类型。此外,在单神经元建模分析的基础,构建了海马体齿状回神经回路和CA3与CA1神经回路的动力学模型。通过分析三类颗粒细胞对海马体齿状回模式分离的影响机制,明确了不同类型颗粒细胞对模式分离的不同调控机制,揭示了半月型颗粒细胞低频放电的特性是其促进模式分离的重要原因,而异位颗粒细胞则会破坏模式分离,并通过动力学分析,揭示了导致异位颗粒细胞破坏齿状回模式分离功能的关键神经通路。同时,还研究了不同类型神经元对与海马体模式完成密切相关的SWR的影响和调控机制,发现相较于有棘锥体神经元,无棘锥体神经元更易诱发SWR。此外,还分析了电突触耦合、化学突触耦合等对其的影响及调控机制。总之,基于以上研究结果,我们从异质性神经元的角度,阐述了与海马体记忆存储和提取密切相关的模式分离与模式完成(SWR放电特性)的调控机制。本项目研究结果不仅对揭示大脑存储和提取记忆的机制有重要的理论意义和研究价值,也为研究其他脑区认知功能的发生机制建立了一定的理论方法和基础。
介观兴奋/抑制神经元网络的放电动力学行为特性研究
  • 批准号:
    11472061
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    86.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    孙晓娟
  • 依托单位:
噪声激励下介观神经元网络的随机动力学研究
  • 批准号:
    11102094
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    孙晓娟
  • 依托单位:
国内基金
海外基金