经颅交流电刺激调控双室模型神经元放电相关性及其频率共振机制研究

本研究探讨了tACS如何通过调控神经元形态差异（如胞体与树突的形态差异）影响放电时间相关性。研究人员采用双室整合发放(IF)模型和生物物理真实的锥体神经元模型，发现电场强度增强会提升输出相关性，而频率变化则呈现先增后减的共振现象。树突波动均值较大时，反相位正弦调制显著强化了频率共振效应。该研究为理解tACS对群体编码的调控机制提供了新视角。

　　

神经科学领域的研究揭示，大规模神经元群体中广泛存在相关性放电（correlated spiking），这种现象与神经编码（neural coding）密切相关。经颅交流电刺激（transcranial alternating current stimulation, tACS）作为一种非侵入性脑刺激技术，能够调节神经元的放电活动，但其对放电序列间时间相关性的影响尚未被完全阐明。本研究利用一对无连接的双室整合发放（integrate-and-fire, IF）模型神经元，模拟了由共享波动树突输入（dendritic inputs）和弱交流电场驱动的相关性放电序列。结果表明，输出相关性随电场强度增加而上升，但随频率增加先升高后降低，呈现出明显的频率共振（frequency resonance）特性。通过改变胞体（soma）和树突（dendrite）的形态特征，研究发现形态差异显著影响相关性-频率共振的强度——差异越显著，共振效应越强。此外，tACS在胞体和树突区域诱导的反相位正弦调制（anti-phase sinusoidal modulations）进一步增强了这一共振现象，尤其在树突波动均值较大时效果尤为突出。研究进一步在生物物理与形态学真实的锥体神经元（pyramidal model neurons）中验证了tACS对输出相关性的调控作用，结果与双室模型一致。这些发现为理解tACS如何调控相关性放电提供了新机制，并强调了胞体-树突形态差异在频率依赖性输出相关性中的关键作用。相关预测对于阐释tACS对群体相关性（population correlation）和群体编码（population coding）的影响具有重要意义。