H-FIRE脉冲下电穿孔效应对神经元兴奋性的调控机制及优化策略研究

本综述系统探讨了高频不可逆电穿孔（H-FIRE）脉冲通过电穿孔（EP）电流调控神经元兴奋性的新机制。研究通过改进霍奇金-赫胥黎（HH）模型，揭示H-FIRE可延迟动作电位（AP）峰值并抑制兴奋性，为神经调控治疗中减少肌肉收缩提供了理论依据。

　　

Section snippets

Pulse stimulation

模拟研究中应用的脉冲为具有相同通电时间（100?μs）的IRE和H-FIRE脉冲，如示意图1所示。

Single neuron model

本模型将单个神经元简化为半径R_cell?=?10?μm的球体，悬浮于100?μm?×?200?μm的矩形计算域内，其二维轴对称结构如示意图2(a)所示。细胞外域的两组对侧边界被建模为电极。当模拟神经元对外部电场的响应时——

Effect of EP current on neuron excitability

首先在HH模型中模拟不同脉冲类型下神经元的电场阈值和AP响应。如图1(a)所示，在IRE脉冲刺激下，当电场强度为47?V/cm时，神经元成功触发AP，膜电位在t?=?14.44?ms时达到峰值19.18?mV。相比之下，H-FIRE脉冲刺激需要将电场强度提高至71?V/cm才能产生AP，且AP峰值显著降低。

Discussion

研究单个神经元的兴奋性具有重要意义。经典HH模型基于乌贼巨轴突的实验数据，旨在定量描述动作电位的产生与传播机制。当脉冲电场较强时，可能发生电穿孔（EP）。实验表明[20,45]，EP会直接影响细胞膜的电导率。因此，为更准确反映神经元在高电场下的兴奋性——

Conclusion

通过神经元模型的数值模拟研究，我们分析了IRE和H-FIRE脉冲作用下神经元的兴奋性结果，并引入EP电流以探究电穿孔效应对神经元膜电位U_m的影响。结果表明，EP电流的引入改变了神经元膜电位的动态趋势及电穿孔后的神经元兴奋性，说明EP电流对神经元兴奋性的影响不可忽视。