与高斯噪声偏离增强Hodgkin-Huxley神经元激发相干性

自从Hodgkin和Huxley对神经元动力学行为进行开创性研究以来,内、外噪声对神经元膜电势激发的积极作用被广泛研究.以往研究中,人们通常认为噪声遵循高斯分布.然而,有关的生物学实验研究表明,在诸如神经元等感官体系中存在非高斯噪声.近十年,一类特殊形式的非高斯噪声在非线性动力学体系(包括生物体系和化学体系)中的作用受到人们的关注.本文中,我们用数值模拟方法研究该类非高斯噪声对确定性Hodgkin-Huxley(HH)神经元激发行为的影响.存在周期性刺激电流时,HH神经元膜电势V(t)激发动力学可以表示为其中C=1μF/cm2是膜电容;gNa=120mS/cm2,gK=36mS/cm2和gL=0.3mS/cm2分别为钠、钾和漏电流的最大电导;VNa=50mV,VK=-77mV和VL=-54.4mV分别为钠、钾和漏电流的逆电势.取次阈值电流I(t)=6.0+sin(0.3t).非高斯噪声η(t)满足峰时间间隔T的平均值和平方平均值.我们首先研究了偏离q对噪声强度诱导的激发行为的影响.发现q减小时,CV的最小值减小,表明较小的偏离可以增强噪声强度诱导的随机共振(SR).同时,对于较小和较大的D值,CV随q的增加分别减小和增大,表明,随D的不同,q既可以增强也可以降低激发规律性.我们重点研究了偏离度q的影响.分别在三个不同噪声强度D条件下,计算了给定相关时间τ时CV随q的变化.发现随着q的增加,CV在某个中间大小的q值处经过一个最小值,表明"偏离诱导SR"的产生.我们计算了多个不同相关时间τ时的情况,发现了类似现象.由于非高斯噪声偏离决定了噪声概率分布,而不同概率分布代表不同的噪声类型,因此,"偏离诱导SR"现象表明,不同类型的噪声可以增强激发相干,因而增强HH神经元对次阈值信号编码的时间精确性.