深部脑刺激(deepbrainstimulation,DBS)已经在帕金森病、癫痫病等多种脑神经系统疾病的治疗中展现良好的应用前景。DBS通常使用高频电刺激(high frequencystimulation,HFS),但其作用机制仍不明确。近些年的研究表明,HFS对轴突的调控作用可能是DBS发挥治疗效果的重要机制。由于脑神经元轴突较细,在体动物实验难以直接测量和研究单根神经元轴突的活动,目前关于HFS对轴突调控作用的认识大多从神经元胞体的活动推测得到。因此,本文通过建立脑神经元有髓鞘轴突模型,直接考察轴突对HFS的响应、HFS对轴突束活动的去同步作用、以及HFS对轴突上神经信息传导的影响。主要的仿真研究结果如下:(1)高频电刺激引起轴突间歇式阻滞HFS能够诱发轴突间歇式阻滞,导致轴突无法跟随每个电脉冲产生动作电位。这种间歇式阻滞产生的原因是:连续的动作电位发放导致轴周间隙内钾离子(K+)累积,而K+扩散以及钠-钾泵的清除机制的共同作用会造成K+浓度波动,从而引起膜电位和钠通道开放概率的波动。此外,轴突对HFS的响应(阻滞程度)还具有刺激强度和刺激频率依赖性。最后,轴突阻滞仅限于受刺激部位的局部区域,距离刺激源最近的郎飞氏结(Node)的阻滞最严重,两侧Node阻滞程度逐渐降低。(2)高频电刺激可以引起轴突束内各个轴突的去同步发放HFS能够引起轴突束中不同轴突的活动产生去同步。这是由于与刺激源距离不同的轴突的阻滞程度存在差异,也就是间歇式的动作电位发放间隔不同,这造成不同轴突上动作电位发放时间发生错位,从而产生去同步的效果。可以推测,这种去同步的轴突活动传递至下游投射区的神经核团,可以引起神经核团活动的去同步。(3)高频电刺激可以限制轴突上流通的神经信号的传导HFS期间刺激上游的自发活动只有部分可通过刺激位点传导至下游。这是由于HFS增加了不应期的长度,使得自发活动在刺激期间只能在有限的时间窗口内通过刺激部位向下游传导。此外,刺激上游自发活动向下游传导的成功率与刺激频率有关,在100Hz时传导成功率最低,而刺激频率较低(20Hz)或更高(200 Hz)时传导成功率会上升。总之,本文利用神经元轴突的仿真模型,研究了 HFS对轴突的调控作用,验证了目前实验研究尚无法直接证实的轴突间歇式阻滞的现象,并阐明了这种阻滞对于神经元活动的去同步作用,以及对于神经信息传导的影响。这些结果为DBS作用机制的研究提供了新的思路,对于促进DBS的临床应用具有重要意义。