神經(jīng)系統(tǒng)軸突生長運(yùn)動學(xué)研究.pdf

1、神經(jīng)系統(tǒng)在發(fā)育過程中，神經(jīng)元發(fā)出軸突向其靶細(xì)胞生長延伸，軸突到達(dá)靶位后形成突觸，將神經(jīng)元連成網(wǎng)絡(luò)。其中，軸突怎樣識別靶細(xì)胞并確定正確的生長路徑是迄今為止遠(yuǎn)未完全解開的謎團(tuán)之一，也是近年來眾多的神經(jīng)科學(xué)家、物理學(xué)家和計算科學(xué)家等研究的熱點(diǎn)問題之一。有關(guān)研究表明，軸突端部的生長錐所表達(dá)的受體和靶細(xì)胞的配體之間的相互作用是引導(dǎo)軸突向正確方向生長的關(guān)鍵因素，并且，配體分子的濃度梯度、細(xì)胞和基質(zhì)的黏性等物理量和力學(xué)量也是重要的影響因素。加強(qiáng)對神經(jīng)

2、生長的理解不僅有助于揭示神經(jīng)發(fā)育的奧秘，而且能夠?qū)ι窠?jīng)損傷再生的研究提供理論基礎(chǔ)。 本文主要從運(yùn)動學(xué)角度，對軸突生長的運(yùn)動方程、路徑和轉(zhuǎn)向等問題加以研究，豐富對軸突生長的趨化學(xué)性、成束和解束等生理現(xiàn)象的認(rèn)識，探索調(diào)控神經(jīng)生長的力學(xué)途徑。論文根據(jù)神經(jīng)生物學(xué)原理并借鑒有關(guān)最新研究成果，建立了數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用解析法和數(shù)值法，在計算機(jī)上模擬了軸突定向生長的過程、以及生長過程中出現(xiàn)的成束和解束現(xiàn)象。部分結(jié)果與實(shí)驗進(jìn)行了比較，吻合程度較好。

3、其創(chuàng)新點(diǎn)和主要結(jié)果如下： 第一、分別給出了帶點(diǎn)源的濃度擴(kuò)散方程在方域和圓域中的解析解。尤其是圓域中的解析解，目前所查閱到的文獻(xiàn)均是討論方域問題，但是真實(shí)的神經(jīng)細(xì)胞離體實(shí)驗中所采用的多是圓形器皿，因此本文特別討論了圓域問題。 第二、采用解析解分析了靶源的影響區(qū)域。無論是方域還是圓域，靶源的影響區(qū)域隨擴(kuò)散系數(shù)或源強(qiáng)的增大而擴(kuò)大。 第三、采用ADI差分格式和改進(jìn)的歐拉法作數(shù)值分析，分別計算了三種情況下神經(jīng)生長過程

4、：(1)在一個正方形平面區(qū)域內(nèi)有10個軸突以相等的間距圍成圓形，中心有一個靶細(xì)胞，軸突生長路徑的數(shù)值模擬結(jié)果與采用解析解計算的結(jié)果基本一致；(2)軸突的初始位置同(1)，中央有4個兩兩上下并排分布的靶細(xì)胞，數(shù)值模擬結(jié)果反映了軸突生長的趨化性；(3)在區(qū)域的近上、下邊界分別有一串靶細(xì)胞和一串軸突，數(shù)值模擬結(jié)果較好地反映了軸突結(jié)集生長時的成束和解束現(xiàn)象。 第四、采用半解析和半數(shù)值的方法，模擬了軸突生長錐的轉(zhuǎn)向調(diào)控問題。其結(jié)果與20