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研究人员针对抑制性神经元活动增强引发的异常现象，开展相关研究，得出诱导 MMB/SD 的条件等结果，为相关疾病治疗提供理论依据。
研究背景：大脑中的神秘 “异常”
在大脑这个神秘的 “小宇宙” 里，神经元之间的电活动就像一场精密的交响乐，兴奋性和抑制性神经元相互配合，共同奏响和谐的乐章，维持着大脑的正常功能。然而，当这一平衡被打破，各种脑部疾病便可能乘虚而入。比如，癫痫、偏头痛等疾病的发生，都与神经元电活动的异常息息相关。
长期以来，人们普遍认为增强抑制性神经元的活动，能够有效抑制锥体神经元的行为，从而治疗脑部疾病。就像给疯狂运转的机器按下减速键，让它恢复平稳运行。但近年来的研究却发现了一些令人惊讶的现象。在偏头痛和癫痫的相关实验中，增强抑制性神经元的活动，不仅没有让锥体神经元 “安静” 下来，反而使其放电增强，出现了混合模式爆发（MMB）现象。这种 MMB 状态下，神经元的膜电位和细胞外钾离子浓度（[K+]0?）会升高到一个较高的水平，并且能够在大脑皮层传播，形成去极化扩散（SD）波。这一现象与传统认知背道而驰，让科学家们困惑不已：为什么原本被认为是 “刹车” 的抑制性神经元，会突然变成 “油门” 呢？
为了解开这些谜团，来自河南科技学院、同济大学、江苏理工学院、河南科技大学的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Scientific Reports》上，为我们揭示了这些异常现象背后的奥秘。
研究方法：探索大脑奥秘的 “钥匙”
研究人员运用了多种关键技术方法来揭开大脑电活动异常的神秘面纱。首先，构建了多种模型，包括锥体神经元模型、锥体神经元与中间神经元的耦合模型以及锥体神经元网络模型，以此模拟不同情况下神经元的活动。其次，借助 XPPAUT 软件分析单个锥体神经元的分叉情况，深入探究神经元从静息状态到不同放电模式的转变机制。最后，利用四阶龙格 - 库塔法求解模型的数值解，从而获取不同参数条件下神经元的行为特征，为研究结果提供精确的数据支持。
研究结果：大脑电活动异常的 “真相”
- 单个锥体神经元的动力学研究人员发现，随着去极化电流Je?的增加，锥体神经元会从静息状态依次转变为爆发、放电、常见的混合模式爆发（MMB）等不同状态。在这个过程中，存在一个 “正” 阈值，当[K+]0?升高到这个阈值以上时，会诱发常见的 MMB。有趣的是，除了 “正” 阈值，还存在一个 “负” 阈值。当受到长时间、强强度的抑制性刺激时，锥体神经元的放电会先通过不变圆上的鞍结分叉（SNIC）转变为静息状态，然后跨越 “负” 阈值，触发正反馈，进而诱导出不常见的 MMB。这就好比神经元在一条特殊的轨道上行驶，遇到不同的 “路口”（阈值）会驶向不同的方向。
- 耦合模型中不常见 MMB 的条件和动力学在由锥体神经元和中间神经元组成的耦合模型中，研究人员发现，中间神经元的高频放电、抑制性突触的大电导以及锥体神经元的高频放电，都有利于不常见 MMB 的发生。相反，降低这些活动或参数，则有可能预防 MMB 的出现。这表明神经元之间的相互作用就像一个复杂的生态系统，每个因素的变化都会影响整个系统的平衡。
- 不常见 MMB 诱导 SD在锥体神经元网络模型中，研究人员观察到，单个锥体神经元的不常见 MMB 能够诱导 SD 波的产生。当中间神经元活动增强，使锥体神经元产生不常见 MMB 时，其去极化阻滞相的高[K+]0?会通过细胞外钾离子的横向扩散，引发周围神经元的 MMB，从而形成 SD 波在网络中的传播。这一过程就像在平静的湖面投下一颗石子，激起层层涟漪，不断向外扩散。
研究结论与讨论：开启脑部疾病治疗的新大门
这项研究具有重要的意义。它揭示了抑制性电流诱导 MMB 以及不常见 MMB 诱导 SD 的新机制，为偏头痛（如 III 型家族性偏瘫性偏头痛）和癫痫等疾病的病因提供了新的解释。同时，研究得到的诱导和消除不常见 MMB 的条件，为治疗这些疾病提供了潜在的干预措施。例如，对于 III 型家族性偏瘫性偏头痛患者，降低中间神经元的钠电导，可能是抑制不常见 MMB 的有效方法。
不过，研究人员也指出，MMB 和 SD 的发生受到多种因素的影响。在未来的研究中，还需要考虑抑制性自突触、锥体神经元到抑制性中间神经元的兴奋性突触、神经胶质细胞对细胞外钾离子的摄取等因素。同时，研究兴奋性突触在锥体神经元之间的作用、神经元数量和网络拓扑结构等对 SD 网络动力学的影响，也将为我们深入理解大脑电活动异常提供更多线索。
总之，这项研究为我们理解大脑的奥秘迈出了重要一步，为未来脑部疾病的治疗开辟了新的方向，让我们对攻克这些疾病充满了期待。
