神经元间的电场耦合：数学模型系统综述

《BMC Bioinformatics》：Ephaptic coupling between neurons: a systematic review of mathematical models

　　

摘要

背景

电紧张耦合是一种相对较少被探索的神经元相互作用机制，它由细胞外电势的扰动介导，且不形成传统的化学或电突触。尽管关于电紧张相互作用的最早理论描述早在 20 世纪 40 年代就已出现，但基于神经元活动经典模型和电缆理论的计算方法直到 20 世纪 90 年代末和 21 世纪初才得到积极发展。目前已经开发了简化的唯象模型和生物物理细节模型。前者仅捕捉大规模神经元动力学的本质特征，并提供高计算效率；而后者则纳入了更复杂的特性，如有髓和无髓纤维的特性、郎飞结的空间分布、轴突直径的异质性以及细胞外离子浓度的动态变化。最近的研究突显了对电紧张相互作用日益增长的兴趣，特别是其在神经元同步化、感觉编码、癫痫发作传播以及神经退行性和脱髓鞘疾病发展中的潜在作用。

目的与方法

本工作呈现了一项专门针对电紧张耦合数学模型的系统综述。该综述旨在整合用于研究电紧张耦合的多种计算方法，并概述建模研究中探索的该现象的主要机制。所综述的模型按类型、检验的假设以及开源实现的可获得性进行了分类。

结果

我们调查了近七十种电紧张耦合的数学模型。该综述强调了电紧张相互作用如何不仅有助于正常的大脑功能——如同步化和感觉处理——而且有助于病理状况，包括癫痫、脱髓鞘、神经病理性疼痛和神经退行性病变。通过整合不同的研究，我们旨在让广大科学受众（包括该领域先前经验较少的研究人员）理解电紧张耦合的建模，促进计算和实验方法的进一步整合，并促进对健康和疾病中电紧张机制的调查。

结论

本综述既作为开发新计算模型的研究人员的参考点，也作为寻求了解电紧张相互作用如何塑造神经元动态的研究人员的资源。