基于反应扩散模型的神经元树突棘发育模式建立方法技术

本发明专利技术提出了一种基于反应扩散模型的神经元树突棘发育模式建立方法，该方法以大鼠大脑海马区神经元树突棘形态制定树突棘形状分类标准，并利用反应扩散模型模拟单一树突棘在不同条件下的生长过程，使用形状分类标准对仿真结果进行分类，进一步利用反应扩散模型模拟一段树突在不同条件下生长不同密度的树突棘的过程，继而得到不同模式的神经元树突棘。与现有的研究方法相比，不仅有效避免了大量的动物实验；同时本发明专利技术首次将反应扩散模型应用到神经元树突棘发育模式的建立过程中，为后续研究树突棘模式异常引发疾病的发病机制奠定了基础。

【技术实现步骤摘要】
基于反应扩散模型的神经元树突棘发育模式建立方法
本专利技术涉及神经元树突棘生物模式领域，具体涉及一种基于反应扩散模型的神经元树突棘发育模式建立方法及其在疾病机制分析中的应用。
技术介绍
树突棘是神经元树突上的微小突起，广泛存在于高等动物的树突中，在大多数兴奋性轴树突突触的形成中起着重要作用。通常树突棘分为四种模式：细长型、柱型、蘑菇型和分枝型。其中，细长型树突棘具有较高的可塑性，与学习有关；蘑菇型树突棘则表现出弱可塑性，与记忆功能有关。树突棘的模式异常与多种神经系统疾病有关。例如，脆性X综合征模型小鼠的体感皮层中存在过多的细长型树突棘。胶质瘤模型小鼠的神经元树突中树突棘密度明显下降。因此，探讨树突棘的形态和密度因素，对于了解这些疾病的发病机制，进而寻找治疗方法具有重要意义。目前，树突棘模式研究的主要途径是：通过脑切片对比实验组动物的大脑皮层和对照组动物的大脑皮层。这类研究主要存在以下缺陷：(1)需要进行大量的解剖动物实验；(2)一次只提出一个影响树突棘模式的因素，而树突棘的形成是一个动态过程，涉及多种化学反应，受多种因素的调控。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于反应扩散模型的神经元树突棘发育模式建立方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1，识别大鼠大脑海马区神经元显微图像中蘑菇型、柱型、细长型、分枝型四种模式的树突棘，并测量蘑菇型、柱型、细长型三种模式中树突棘的头部宽度w

【技术特征摘要】
1.基于反应扩散模型的神经元树突棘发育模式建立方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，识别大鼠大脑海马区神经元显微图像中蘑菇型、柱型、细长型、分枝型四种模式的树突棘，并测量蘑菇型、柱型、细长型三种模式中树突棘的头部宽度whead、颈部宽度wneck、高度h；
S2，根据树突棘头部宽度whead、颈部宽度wneck及高度h，计算步骤S1所述三种模式中树突棘的相对平均宽度RAW和相对收缩宽度RCW；
S3，建立不同模式中树突棘的分类标准；
S4，建立反应扩散模型，设置仿真初始条件，通过设置模型可变参数对单个树突棘的生长过程进行仿真，将步骤S3所述的分类标准应用于反应扩散模型中，对仿真结果中的树突棘形状进行分类；
S5，进行多个树突棘的仿真：使用步骤S4所述的反应扩散模型模拟一段树突上生长多个树突棘的过程，通过设置模型可变参数得到不同模式的树突棘。


2.根据权利要求1所述的基于反应扩散模型的神经元树突棘发育模式建立方法，其特征在于，步骤S1中，树突棘的头部宽度whead是指树突棘远离树突的半部分中最宽处的宽度；颈部宽度wneck是指树突棘靠近树突的半部分中最窄处的宽度。


3.根据权利要求2所述的基于反应扩散模型的神经元树突棘发育模式建立方法，其特征在于，步骤S2中，树突棘的相对平均宽度RAW，计算公式如下：



树突棘的相对收缩宽度RCW计算公式如下：



其中，whead为树突棘的头部宽度，wneck为树突棘的颈部宽度，h为树突棘高度。


4.根据权利要求3所述的基于反应扩散模型的神经元树突棘发育模式建立方法，其特征在于，所述步骤S3中，不同模式中的树突棘分类指标如下：
(a)若树突棘包含分枝结构，则为分枝型树突棘；(b)若树突棘相对平均宽度RAW小于0.4，则为细长型树突棘；(c)若树突棘相对平均宽度RAW大于0.4且相对收缩宽度RCW小于0.25，则为柱型树突棘；(d)若树突棘相对平均宽度RAW大于0.4且相对收缩宽度RCW大于0.25，则为蘑菇型树突棘。


5.根据权利要求1所述的基于反应扩散模型的神经元树突棘发育模式建立方法，其特征在于，步骤S4以及S5中的反应扩散模型如下：



其中，A、H、S、Y分别表示仿真区域内各点的激活剂浓度、抑制剂浓度、底物浓度、细胞骨架浓度；c为催化速率；μ为激活剂的降解速率；ρA为激活剂的产生速率；DA为激活剂的扩散速率；υ为抑制剂的降解速率；ρH为抑制剂的产生速率；DH为抑制剂的扩散速率；c0为环境产生底物的速率；γ为底物的降解速率...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵新，贾祎晴，赵启立，孙明竹，郭杉，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：天津;12