感觉神经如何编码外界信息是神经科学中的一个重要问题。神经生理学已经建立了频率编码的基本框架：神经脉冲发放平均频率编码了外界刺激的强度，脉冲发放的频率数正比于刺激的强度值。但是，在温度感受器的实验已经发现，温度较高时放电平均频率不增加反而降低。另外，放电的平均频率不能反映复杂、动态变化的外界信息的时变过程。随着神经科学、非线性科学、信息技术和计算机技术的交叉融合，已经形成了以理论和实验结合的神经动力学研究方向。利用非线性动力学的概念，对生命中复杂的神经放电模式、模式分岔(转迁)规律进行了研究，为认识复杂多变的神经放电节律，揭示神经动态放电和动态外界信息之间的关系，探讨动态放电如何编码动态外界信号的动力学机制奠定了基础。为从理论层次研究神经放电节律和神经编码机制提供了新的观点和方法。 本文采用理论与实验相结合的研究方法，研究主动脉弓压力感受器编码动脉血压信号这个具体的编码环节的生物物理机制和生理学意义。选取家兔主动脉弓压力感受器为实验模型，同步记录神经放电和主动脉血压。建立血压信号激励的HH方程(模拟压力感受器)作为相应的理论模型。对理论模型进行理论分析，并用数值仿真展示分析结果，指导实验，实验结果验证理论。 主要结果有： 1．自治的HH模型具有静息和放电两种行为，随着模型中参数I(代表去极化电流，对应压力感受器感受的静压力)的增加，其行为依次为静息、放电、再到静息；从静息到放电的参数值记为I<,0>，从放电再到静息的参数值记为I<,1>。在放电区间，放电为均匀的周期1放电，其放电频率随I的增加而增加，与频率编码的观点吻合。不同的参数配置的自治的HH模型的I<,0>和I<,1>不同。参数I逐步变化的自治HH模型放电行为的分岔结构和频率变化规律与动脉压力感受器感受逐步变化的静压力的行为相类似，说明HH模型是合理的描述血压压力感受器的理论模型。 2．对血压模板信号BP(t)(血压波的每个周期是全同的)激励的HH模型进行的理论分析和数值仿真，揭示了血压激励下HH模型产生动态放电节律的机制，以及神经编码机制。 对血压信号激励的HH模型，在I<,0>的时段，HH模型放电；在BP(t)或BP(t)>I<,1>的时段，HH模型不放电。 在放电时段内，血压动态波动使得HH模型的行为在其静态分岔结构上“游历”而使得ISI(inter spike Interval)动态地变化。在血压放电期内，一个血压波对应的连续放电的ISI和瞬时频率是随血压动态变化的，该动态放电节律的瞬时频率随时间的动态变化可以在形状上很好的反应血压信号的动态时变特征。放电节律对血压信号可以进行时间编码和时变形式编码。 在放电期内，若平均压力较高，则平均放电频率也会较高。这是压力感受器的频率编码机制。 2.1 时变的血压信号随着平均压的增加，与参数I<,0>和I<,1>会形成五种位置关系，决定了血压激励下HH模型会有3种放电行为。随着平均压增加，3类放电依次为：血压波峰处放电波谷处不放电(type Ⅰ)，连续放电(typeⅡ)，血压波谷处放电而波峰处不放电(type Ⅲ)。 主动脉弓压力感受器神经放电和血压同步记录的实验发现，当血压感受器感受的血压从较低值增加至较高值的过程中，同一根神经纤维可以表现出理论模型中的3类放电行为，与理论模型相一致。 2.2 血压波谷处放电而波峰处不放电的放电模式(type Ⅲ)是一类全新的放电。 2.3 在放电期内，放电瞬时频率随着压力增加而增加，随着压力的降低而降低。因此，放电瞬时频率可以编码血压信号的时间历程。在3类放电的数值模拟的结果都显示了这一点。 实验中3类放电的瞬时频率也能较好地反应放电期内的血压变化的时间历程，与数值模拟结果类似。 2.4 理论模型理论分析和数值模拟结果提示：在放电期内，若平均压力较高，则平均放电频率也会较高。 对于Type Ⅲ，传统的平均频率的指标因为要考虑血压波峰处的休止期而使得其值低于放电期内的平均频率，呈现出平均频率随着血压平均压增加而降低。因此，真正的平均频率编码机制在理论上应是放电期内的平均频率。实验验证了理论分析和数值模拟的结果。 3. 对于实际的血压信号激励的HH模型，血压信号在不同的周期会有小涨落或连续的变化。依据2中的理论认识，可以分析这些小的涨落或连续的变化。实验结果与数值结果有良好对应。 上述结果表明，血压信号的改变会引起感受器兴奋性的变化，也就是去极化电流的动态变化。使得压力感受器的放电节律在以去极化电流作为分岔参数的放电节律静态分岔结构中，在平均血压对应的位置附近按照血压信号的时间历程“动态游走”，形成动态放电节律；动态放电节律的时间历程与血压信号的时间动态历程有较好的对应。利用非线性动力学分岔理论不仅从理论上揭示了血压信号引起感受器神经放电的机理，而且可以在包含放电频率在内的多个层面上，在理论层次上建立动态血压信号与相应动态放电之间的联系，进一步认识了感受器的编码机制。