具有尖峰时序依赖可塑性的 Hindmarsh-Rose 神经元网络展示了协调重置神经调控

帕金森病所影响脑结构的计算模型对于探索潜在治疗方法具有重要意义。我们采用 Hindmarsh-Rose 神经元模型来模拟丘脑底核中的同步活动，并利用一个相对较小的、由 100 个神经元构成的网络，捕捉帕金森病中观察到的病理节律的关键特征。我们的模型纳入了单向兴奋性化学突触，其突触强度依据脉冲时序依赖性可塑性（STDP）规则发生演化。为考虑来自未建模神经元的输入，我们同时考察了均匀分布白噪声和泊松噪声。白噪声产生了单一稳定的同步神经元活动状态，而泊松噪声则导致了两种稳定状态：一种为同步状态，另一种为去同步状态。 我们施加了具有快速变化序列的协调重置刺激（RVS CR），以检验其降低神经元同步性的能力。神经元群体被划分为若干子群体，以表征不同的物理刺激位点，这与脑深部刺激治疗中的情形相似，并以随机序列向每个子群体递送具有相位偏移的刺激。我们考察了刺激频率和刺激位点数量如何影响 RVS CR 在使网络去同步化方面的效果。我们表明，RVS CR 的疗效对 STDP 规则中的抑制与增强之比敏感，而这可能是在使模拟结果与实验数据相协调时需要调节的重要参数。 当模型需要大规模网络时，神经元网络的数值模拟会受到计算资源的限制。本研究提出了一个模型，该模型以相对较小的网络展现出类似的适用性，从而使研究人员能够更高效地研究病理性神经元活动及其治疗方法。

帕金森病所影响脑结构的计算模型对于探索潜在治疗方法具有重要价值。我们采用 Hindmarsh-Rose 神经元模型来模拟丘脑底核中的同步活动，利用一个相对较小的、由 100 个神经元组成的网络，捕捉帕金森病中观察到的病理节律的关键特征。我们的模型引入了单向兴奋性化学突触，其突触强度依据尖峰时序依赖可塑性（STDP）规则发生演化。为考虑未建模神经元的输入，我们考察了均匀分布白噪声和泊松噪声两种情形。白噪声产生单一稳定的同步神经元活动状态，而泊松噪声则导致两种稳定状态，即同步状态和去同步状态。

我们施加了具有快速变化序列的协调重置刺激（RVS CR），以考察其降低神经元同步性的能力。神经元群体被划分为若干子群体，用以表征不同的物理刺激位点，这与脑深部刺激治疗中的情形类似，并以随机序列向各子群体施加具有相位移的刺激。我们探讨了刺激频率和刺激位点数量如何影响 RVS CR 在使网络去同步化方面的有效性。我们表明，RVS CR 的疗效对 STDP 规则中的抑制与增强之比敏感，而在使模拟结果与实验数据相一致时，这可能是一个需要调节的重要参数。

当模型需要大规模网络时，神经元网络的数值模拟会受到计算资源的限制。本研究提出了一个在相对较小网络下仍能展现类似效用的模型，使研究人员能够更高效地研究病理性神经元活动及其治疗方法。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.05.27.728228v1?rss=1

🏷️ 帕金森病 Hindmarsh-Rose模型 脉冲时序依赖可塑性 协调重置刺激 神经元同步 脑深部刺激