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具有活性棘的准活性树枝晶模型中的行波。 (英语) 兹比尔1190.37086

作者摘要:树突状体是神经元的主要组成部分,具有许多不同类型的分支结构,参与接收和整合来自其他神经元的数千个突触输入。具有可兴奋通道的树突棘可在许多细胞的树突上大量存在。最近提出的Spike-Diffuse-Spike(SDS)模型由嵌入在被动树中的点热点系统(具有积分和纤芯过程)描述,已证明该模型能够合理地模拟具有超阈值动力学的树状树。有趣的是,配有电压门控离子通道的真实树枝晶不仅可以表现出超阈值响应,还可以表现出亚阈值动力学。这种亚阈值类共振振荡行为已经被准活性膜充分描述。在本文中,我们基于SDS模型的推广,引入了一个分支树枝状树的数学模型,其中假定活性棘沿着准活性树枝状结构分布。我们演示了如何为连续和离散脊柱分布构造孤立波和周期波解。在这两种情况下,这种波的速度都是作为系统参数的函数来计算的。我们还说明,该模型可以自然地推广到任意分支树枝状几何体,同时保持计算简单。神经元活动的时空模式明显受准活性膜的特性影响。树突的活性(亚阈值和超阈值)特性在不同的细胞类型和动物物种之间差异很大,该理论框架可用于研究复杂树突形态和活性电导在丰富的神经元动力学中的联合作用。

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37N25号 生物学中的动力学系统
37公里40 孤子理论,无穷维哈密顿系统解的渐近行为
92C20美元 神经生物学
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参考文献:

[1] Cajal,R.,《人类和脊椎动物神经系统组织学》(1995年),牛津大学出版社:牛津大学出版社,纽约,(1899年首次出版)
[2] Brown,T.H。;Kairis,E.W。;基南,C.L.,《希伯来突触:生物物理机制和算法》,《神经科学年鉴》。,13, 475-511 (1990)
[3] 米勒,J.P。;罗尔,W。;Rinzel,J.,通过树突棘中的活性膜进行突触扩增,《大脑研究》,325325-330(1985)
[4] Mel,B.W。;Ruderman,D.L。;Archie,K.A.,《视觉“复杂”细胞中的平移-非变异方向调谐可能来自树突内计算》,《神经科学杂志》。,184324-3334(1998年)
[5] Larkum,M.E。;朱俊杰。;Sakmann,B.,一种新的细胞机制,用于耦合到达不同皮层的输入,《自然》,398338-341(1999)
[6] Shepherd,J.,《树突棘:多功能整合单元》,J.神经生理学。,75, 2197-2210 (1996)
[7] Segal,M.,《树突棘和长期可塑性》,《神经科学自然评论》。,6, 277-284 (2005)
[8] 阿尔瓦雷斯,V.A。;Sabatini,B.L.,《树突棘的解剖和生理可塑性》,《神经科学年鉴》。,30, 79-97 (2007)
[9] 塞格夫,I。;Rall,W.,《可兴奋的树突和棘:早期的理论见解阐明了最近的直接观察》,《神经科学趋势》。,21, 11, 453-460 (1998)
[10] Baer,S.M。;Rinzel,J.,可兴奋棘介导的树突棘突的传播:连续统理论,J.神经生理学。,第65,4874-890页(1991年)
[11] Lord,G.J。;Coombes,S.,《脊椎镶嵌树突组织的Baer和Rinzel模型中的行波》,Physica D,161,1-20(2002)·Zbl 1066.74552号
[12] 库姆斯,S。;Bressloff,P.C.,具有活动棘的树枝状电缆模型中的孤立波,SIAM J.Appl。数学。,61, 2, 432-453 (2000) ·Zbl 1016.92004号
[13] Coombes,S.,《从周期行波到树突波尖峰-扩散-尖峰模型中的行波前沿》,数学。生物科学。,170, 155-172 (2001) ·Zbl 1005.92005年
[14] 库姆斯,S。;Bressloff,P.C.,活性树突棘尖峰扩散尖峰模型中的Saltatory波,Phys。版本E,91,028102(2003)
[15] 蒂莫菲耶娃,Y。;Lord,G.J。;Coombes,S.,《带有活性棘的树枝状电缆的时空过滤特性:尖峰扩散尖峰框架中的建模研究》,J.Compute。神经科学。,21, 293-306 (2006)
[16] 蒂莫菲耶娃,Y。;Lord,G.J。;Coombes,S.,具有活动棘的树突索:棘突-扩散棘突框架中的建模研究,神经计算,691058-1061(2006)
[17] Johnston,D。;Narayanan,R.,《活动树突:神秘蝴蝶的彩色翅膀》,《神经科学趋势》。,31, 6, 309-316 (2008)
[18] 威廉姆斯,S.R。;克里斯滕森,S.R。;斯图亚特·G·J。;Häusser,M.,大鼠小脑浦肯野神经元的超极化激活电流(I_H)控制着膜电位双稳态在体外《生理学杂志》。,539, 469-483 (2002)
[19] 霍奇金,A.L。;赫胥黎,A.F.,《膜电流的定量描述及其在神经传导和兴奋中的应用》,《生理学杂志》。,117, 500-544 (1952)
[20] Mauro,A。;康蒂,F。;道奇,F。;Schor,R.,《鱿鱼巨大轴突的阈下行为和现象学阻抗》,《遗传学杂志》。,55, 497-523 (1970)
[21] Ulrich,D.,大鼠新皮质锥体细胞的树突状共振,J.神经生理学。,87, 2753-2759 (2002)
[22] 库克,E.P。;嘉宾,J.A。;梁,Y。;纽约州马萨。;Colbert,C.M.,海马CA1锥体神经元连续时变信号的树突状体输入/输出函数,神经生理学杂志。,98, 2943-2955 (2007)
[23] Koch,C.,《有源线性膜神经元的电缆理论》,生物。赛博。,50, 15-33 (1984)
[24] 库姆斯,S。;蒂莫菲耶娃,Y。;斯文森,C.-M。;Lord,G.J。;Josić,K。;考克斯·S·J。;Colbert,C.M.,《用共振膜分支树突:一种“三位一体”的方法》,《生物学》。赛博。,97, 137-149 (2007) ·2007年12月29日Zbl
[25] 雅培,L.F。;法赫里,E。;Gutmann,S.,《树突树的路径积分》,Biol。赛博。,66, 49-60 (1991) ·Zbl 0743.92010号
[26] 詹姆斯,M.P。;库姆斯,S。;Bressloff,P.C.,《准活性膜对集成和纤芯系统中多个周期行波的影响》,Phys。E版,67,051905(2003)
[27] P.C.Bressloff。;Coombes,S.,《扩展神经元物理学》,国际。现代物理学杂志。B、 1122343-2392(1997年)
[28] 蒂莫菲耶娃,Y。;考克斯·S·J。;库姆斯,S。;Josić,K.,《被动树突树中的民主化:分析研究》,J.Compute。神经科学。,25, 228-244 (2008)
[29] Svoboda,K。;水箱,D.W。;Denk,W.,《树突棘和轴之间耦合的直接测量》,《科学》,272716-719(1996)
[30] Tsay,D。;Yuste,R.,《关于树突棘的电功能》,《神经科学趋势》。,24, 2, 77-83 (2004)
[31] Bloodgood,B.L。;Sabatini,B.L.,《神经活性调节树突棘颈部的扩散》,《科学》,310866-869(2005)
[32] Coombes,S.,《离子泵对Ca^{2+}释放火焰扩散模型中传播波速度的影响》,布尔。数学。《生物学》,63,1-20(2001)·兹比尔1323.92068
[33] 北卡罗来纳州斯普鲁斯顿。;斯图亚特·G。;Häusser,M.,《树状体整合》(Stuart,G.;Spruston,N.;Häusser,M,《树形体》(2008),牛津大学出版社:牛津大学出版社,纽约)
[34] Scott,A.,《神经科学:数学入门》(2002),Springer:Springer-Hidelberg·Zbl 1018.92003号
[35] Narayanan,R。;Johnston,D.,大鼠海马神经元的长期增强伴随着内在振荡动力学和兴奋性的空间广泛变化,Neuron,56,1061-1075(2007)
[36] 考克斯·S·J。;Griffith,B.E.,从双电位记录中恢复树突状神经元的准活性,J.Compute。神经科学。,11, 95-110 (2001)
[37] 巴特·D·H。;张,S。;Gan,W.-B.,《树突脊椎动力学》,《生理学年鉴》。,71, 261-282 (2009)
[38] Magee,J。;Cook,E.,《体细胞EPSP振幅与海马锥体神经元中的突触位置无关》,《自然神经科学》。,3, 895-903 (2000)
[39] Katz,Y。;梅农,V。;Nicholson,D.A。;盖尼斯曼,Y。;Kath,W.L。;Spruston,N.,突触分布表明CA1锥体神经元中树突整合的两阶段模型,Neuron,63171-177(2009)
[40] 米勒,R.N。;Rinzel,J.,《Hodgkin-Huxley模型中脉冲传播速度对发射频率、色散的依赖性》,Biophys。J.,34,227-259(1981)
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