外电场对神经元网络同步的影响：直流与交流电场的作用

"这篇论文研究了外电场对神经元网络同步特性的影响，特别是直流电场和交流电场如何改变兴奋-抑制性神经元网络的同步行为。通过HH神经元模型，采用改进的欧拉法对神经元模型的微分方程进行了数值模拟。研究发现，直流电场能够抵消适应性电流以及解除抑制性突触连接导致的网络同步性降低，而交流电场同样能减轻适应性电流的负面效应，并且网络同步对交流电场的幅度和频率有特定的选择性。这些发现对利用电刺激治疗神经系统疾病的策略提供了理论支持。该研究由国家自然科学基金资助，作者包括于凯、王江、邓斌和魏熙乐，他们分别在神经网络、非线性动力学、生物电工学等领域有所专长。" 在神经科学研究中，神经元网络的同步活动是一个重要的研究主题，因为它是大脑信息处理和通信的基础。本文关注的是外部电场如何影响这一过程。具体来说，研究者采用了Hodgkin-Huxley (HH)模型，这是一个经典的神经元模型，用于描述神经元的电生理特性。他们通过改进的欧拉方法对HH模型的微分方程进行数值求解，以模拟神经元在不同电场条件下的行为。 直流电场的作用揭示了一个有趣的现象，即它可以增强网络的同步性，即使在适应性电流和抑制性突触连接存在的情况下也是如此。适应性电流通常会导致神经元的放电频率随时间变化，而抑制性突触连接则会减少神经元之间的同步。然而，直流电场的存在似乎能够部分抵消这些影响，使得神经元网络的同步行为得到维护或恢复。 另一方面，交流电场也显示出对同步性的调节作用，尽管它的效果与直流电场有所不同。交流电场的幅度和频率选择性意味着网络同步性会根据电场参数的变化而变化。这种选择性可能是由于神经元对不同频率和强度的电刺激有不同的响应特性。 这项研究的结果对神经科学和生物医学工程领域具有重要意义，因为它为理解电刺激如何影响神经网络提供了一种新的视角。此外，它也为开发更有效的电刺激疗法提供了理论基础，比如用于治疗帕金森病、癫痫等神经系统疾病。通过精确控制电场的参数，未来可能实现更精确地调节神经元网络的同步性，从而改善疾病的症状或促进神经功能的恢复。