为研究微秒脉冲电刺激对神经元动作电位发放特性的影响,结合笛卡尔传输网格和HH神经元等效电路模型建立3维神经元传输网格系统模型。在此基础上,仿真研究了刺激强度I改变而刺激脉宽τ不变、刺激τ改变而I不变、以及刺激剂量(I^2_τ)不变而强度I与脉宽τ均改变3种刺激方案下各参数分别对神经元动作电位发放特性的影响。研究结果表明:3种方案均存在刺激阈值,分别为25 n A、90.79μs;5.968 29 n A、400μs;112.52 n A、19.746μs。刺激参数大于阈值,神经元产生兴奋且可有效传递。沿轴突z方向(除刺激点)各处动作电位峰值随刺激参数增大基本不变,仅时延变长。刺激点处动作电位峰值与刺激参数大小正相关,但脉宽增大时其存在最大峰值。刺激参数小于阈值,神经元无法产生兴奋,沿轴突z方向各处动作电位峰值与刺激参数大小正相关。考虑作用效益和技术发展现状,可综合选取出最优参数。研究结果可为后续实验甚或临床研究提供刺激参数选取的理论依据,对进一步的机理研究具有一定的参考价值。
近年来,皮秒脉冲电场诱导的生物电效应逐渐引起了国内外研究学者的关注。现有细胞实验已经初步证实,皮秒脉冲电场对神经元细胞及其动作电位有一定影响。然而,目前国内外尚未见皮秒脉冲对神经元spike发放影响的相关研究报道,皮秒脉冲对动物神经元spike发放的调控效果仍为一个未知数。为此,基于可调式皮秒脉冲发生器（最大峰值电压–1 000 V,半高宽550 ps,上升时间150 ps,重复频率0~10 k Hz可调）,以大鼠运动皮层神经元为实验对象,有效开展了皮秒脉冲对大鼠运动皮层电生理活动影响的研究,初步探讨了皮秒脉冲幅值、重复频率及作用时间等对大鼠运动皮层神经元spike发放的影响。实验发现：大鼠运动皮层神经元spike发放的改变与皮秒脉冲幅值、重复频率及作用时间密切相关。当皮秒脉冲电压幅值绝对值大于1 k V时,神经元spike发放开始出现变化。随着皮秒脉冲重复频率的增大,神经元spike发放有先增强后抑制的趋势。随着皮秒脉冲作用时间的增加,神经元spike发放出现增强或抑制效果的频率响应窗口均提前。
