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动机：皮层回路中的信息流动与时间编码，关键取决于精确定时的同步脉冲模式能否被可靠传递。尽管皮层神经元集合能够在显著的内在异质性和随机高电导状态下实现此类传递，但在体条件下有效同步传播的基础机制仍然知之甚少。 方法：在本研究中，我们采用大规模、基于电导的兴奋性与抑制性神经元模型来弥补这一空白，这些神经元被组织为在噪声性高电导状态下运行的前馈式 synfire 链。利用独立随机搜索算法，我们首先鉴定出在生理学上有效的异质性皮层神经元群体。兴奋性和抑制性群体均表现出细胞尺度的退化性，即由生物物理上已鉴定的分子组分的不同组合，均可产生特征性的生理学性质。随后，我们利用这些群体构建了具有不同异质性程度的 synfire 链，并评估了不同脉冲包在神经元集合间的传播情况。 结果：我们发现，同步传播本质上具有概率性，呈现出一个随机分离界面，将那些能够稳定成功传播的输入模式与那些稳定传播失败的输入模式区分开来。这一分离界面的随机性质凸显了背景突触涨落的关键作用，并界定了这样一种状态区间：由于随机背景活动的影响，完全相同的输入在不同试验中会交替表现为成功传播或传播失败。比较具有不同内在异质性程度的网络后，我们发现，异质性的增加并未改变平均传播效能，但降低了网络间变异性，表明内在多样性具有稳定化作用。值得注意的是，当我们检验神经元内在性质对同步传播的影响时，超极化激活的环核苷酸门控（HCN）通道在所有异质性条件下都表现为同步传播的稳健增强因子。从机制上看，HCN 电导缓慢的恢复性动力学缩窄了脉冲起始的时间窗口，从而提高了输出同步性并增强了传播可靠性。当 HCN 动力学被加速时，这一效应随即消失，进一步强调了这些通道介导的缓慢负反馈的重要性。 意义：综上所述，我们的分析确定了 HCN 通道是同步信息传递的关键调控因子，并揭示了内在电导、输入特征、神经元异质性与随机背景活动之间的强相互作用，这些因素共同塑造了皮层中的同步传播。不同的细胞与网络构型能够实现相似的传播效能，这进一步凸显了退化性作为支配稳健且灵活神经计算的基本原则。
rishi{at}iisc.ac.in
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研究动机 ：皮层回路中的信息流与时间编码在关键上依赖于精确定时的同步脉冲模式的可靠传递。尽管皮层神经元集合能够在显著的内在异质性和随机高电导状态下实现此类传递，但在 体内 条件下有效同步传播的机制仍然知之甚少。
方法学 ：在本研究中，我们利用由兴奋性和抑制性神经元构成的大规模电导型模型来填补这一空白，这些神经元被组织为在噪声性高电导状态下运行的前馈 synfire 链。我们首先使用独立的随机搜索算法识别出在生理上有效的异质性皮层神经元群体。兴奋性和抑制性群体均表现出细胞尺度的简并性，即经生物物理鉴定的分子组分的不同组合能够产生标志性的生理特征。随后，我们利用这些群体构建了具有不同异质程度的 synfire 链，并评估了不同脉冲包在神经元集合之间的传播。
结果 ：我们发现，同步传播本质上是概率性的，呈现出一个随机分离界面，将那些稳定传播成功的输入模式与那些稳定传播失败的输入模式区分开来。这一分离界面的随机性质凸显了背景突触波动的关键作用，界定出这样一种状态区间：由于随机背景活动，相同输入在不同试验中会交替出现传播成功或失败。比较具有不同内在异质程度的网络后，我们发现异质性的增加并不改变平均传播效能，但会降低网络间变异性，表明内在多样性具有稳定化作用。值得注意的是，当我们检验神经元内在性质对同步传播的影响时，超极化激活环核苷酸门控（HCN）通道在所有异质性条件下都表现为同步传播的稳健增强因子。从机制上看，HCN 电导缓慢的恢复性动力学缩窄了脉冲起始的时间窗口，从而提高了输出同步性并改善了传播可靠性。当 HCN 动力学被加速时，这一效应消失，进一步强调了这些通道介导的缓慢负反馈的重要性。
意义 ：综合来看，我们的分析确定了 HCN 通道是同步信息传递的关键调控因子，并揭示了内在电导、输入特征、神经元异质性与随机背景活动之间的强相互作用，它们共同塑造了皮层中的同步传播。多样化的细胞与网络构型能够实现相似传播效能的能力，进一步凸显了简并性是支配稳健而灵活神经计算的基本原则。
利益冲突声明
作者声明不存在竞争性利益。
已声明的资助信息
印度教育部 ，奖学金与研究基金
版权
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发布于 2026 年 6 月 1 日。
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HCN channels enhance synchrony propagation in heterogeneous synfire chains
Sarang Saini ， Rishikesh Narayanan
bioRxiv 2026.05.28.728444； doi： https://doi.org/10.64898/2026.05.28.728444
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HCN channels enhance synchrony propagation in heterogeneous synfire chains
Sarang Saini ， Rishikesh Narayanan
bioRxiv 2026.05.28.728444； doi： https://doi.org/10.64898/2026.05.28.728444
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.05.28.728444v1?rss=1
🏷️ HCN通道 同步传播 synfire链 神经元异质性 皮层回路 电导模型