洛伊斯瑙丁;莱蒂蒂亚·莱森·奥布里;劳尔·巴里 钾和钙通道修饰作用下非突触神经元动力学的一般模式。 （英语） Zbl 1518.92032号 J.计算。神经科学。 51，编号173-186（2023）. 摘要：可兴奋细胞的电活动是通过细胞膜进行离子交换的结果，因此编码离子通道的基因的遗传或表观遗传变化可能会影响整个大脑的神经元电信号。有大量文献研究了离子通道的变化对尖峰神经元动力学的影响，尖峰神经元是脊椎动物神经系统中发现的主要神经元类型。然而，非突触神经元也普遍存在于许多神经组织中，并在一些感觉系统的处理中发挥着关键作用。然而，据我们所知，电导变化如何影响非突触神经元的动力学还没有得到评估。基于生物学文献中报道的实验观察和数学考虑，我们首先提出了非突触神经元的表型分类。然后，我们确定了作为钙和钾电导变化函数的非突触神经元表型进化的一般模式。此外，我们研究了在一个良好的非突起视网膜锥体模型中离子通道的稳态补偿机制。我们表明，维持神经元行为和表型的离子电导值范围有限。最后，我们讨论了单个细胞表型变化在神经网络功能水平上的意义秀丽线虫蠕虫和视网膜是由不同表型的神经元组成的两种非突触神经组织。 MSC公司： 92C20美元 神经生物学 34C23型 常微分方程的分岔理论 关键词：非突触神经元;电导变化;分叉，分叉;视网膜;秀丽隐杆线虫 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{L.Naudin}等人，《计算杂志》。神经科学。51，编号1，173--186（2023；Zbl 1518.92032） 全文： 内政部 哈尔 参考文献： [1] 阿查德，P。；De Schutter，E.，复杂神经元模型的复杂参数景观，《公共科学图书馆·计算生物学》，第2、7、e94页（2006年）·doi:10.1371/journal.pcbi.0020094 [2] 阿隆索，LM；Marder，E.，具有相似行为和不同电导密度的神经模型中电流的可视化，eLife，8，e42722（2019）·doi:10.7554/eLife.42722 [3] 青山，T。；神山，Y。；Usui，S。；布兰科，R。；Vaquero，CF；de la Villa，P.，兔视网膜水平细胞离子电流模型，神经科学研究，37，2，141-151（2000）·doi:10.1016/S0168-0102（00）00111-5 [4] Art，J。；Goodman，M.，海龟耳蜗中的离子传导和毛细胞调谐a，《纽约科学院年鉴》，781，1，103-122（1996）·doi:10.1111/j.1749-66321996.tb15696.x [5] Aussel，A。；Buhry，L。；Tyvaert，L。；Ranta，R.，用于产生锐波涟漪和θ嵌套伽马振荡的海马结构的详细解剖和数学模型，计算神经科学杂志，45，3，207-221（2018）·Zbl 1405.92036号 ·doi:10.1007/s10827-018-0704-x [6] Berry，H。；Genet，S.，小脑深部核神经元的开关转换模型：解读潜在的离子机制，《数学神经科学杂志》，11，1，1-34（2021）·Zbl 1467.92012年9月 ·数字对象标识代码：10.1186/s13408-021-00105-3 [7] SS拜达伊；Bockemühl，T。；Büschges，A.，《昆虫的六条腿行走：cpg、外周反馈和下行信号如何产生协调和适应性运动节律》，《神经生理学杂志》，119，2，459-475（2018）·doi:10.1152/jn.00658.2017年 [8] Boos，R。；施耐德，H。；Wassle，H.，《大鼠视网膜切片制备中全无长突细胞的电压和传递门控电流》，《神经科学杂志》，13，7，2874-2888（1993）·doi:10.1523/JNEUROSCI.13-07-02874.1993 [9] 伯罗斯，M。；Laurent，G。；Field，L.，对非刺激性局部中间神经元的本体感受性输入有助于蝗虫后腿的局部反射，《神经科学杂志》，8，8，3085-3093（1988）·doi:10.1523/JNEUROSCI.08-08-03085.1988 [10] 坎佩里，M。；Wang，X-J，前额叶皮层视觉空间工作记忆模型：循环网络和细胞双稳态，计算神经科学杂志，5，4，383-405（1998）·Zbl 0918.92007号 ·doi:10.1023/A：1008837311948 [11] Czeredys，M.，《亨廷顿病中通过存储操作通道调节神经元钙信号的失调》，《细胞与发育生物学前沿》，81645（2020）·doi:10.3389/fcell.2020.611735 [12] Davis，R。；Stretton，A.，运动神经元的被动膜特性及其在蛔虫长距离信号传递中的作用，《神经科学杂志》，9，2，403-414（1989）·doi:10.1523/JNEUROSCI.09-02-00403.1989 [13] 戴维斯，RE；Stretton，A.，蛔虫运动神经元的信号特性：分级主动反应、分级突触传递和紧张递质释放，神经科学杂志，9，24115-425（1989）·doi:10.1523/JNEUROSCI.09-02-00415.1989 [14] Dobosiewicz，M。；刘，Q。；Bargmann，CI，中间神经元反应的可靠性取决于综合感官状态，eLife，8（2019）·doi:10.7554/eLife.50566 [15] Drion，G。；O’Leary，T。；Marder，E.，《离子通道简并使神经元的放电率稳定且可调》，《美国国家科学院学报》，112，38，E5361-E5370（2015）·doi:10.1073/pnas.1516400112 [16] 埃利亚史密斯，C。；Trujillo，O.，《大规模脑模型的使用和滥用》，《神经生物学的当前观点》，25，1-6（2014）·doi:10.1016/j.conb.2013.09.09 [17] Fettiplace，R.，内耳毛细胞的电调谐，《神经科学趋势》，10，10，421-425（1987）·doi:10.1016/0166-2236（87）90013-0 [18] 字段，GD；Chichilnisky，E.，《灵长类视网膜的信息处理：电路和编码》，《神经科学年度评论》（加州帕洛阿尔托），第30期，第1-30页（2007年）·doi:10.1146/anurev.neuro.30.051606.094252 [19] Geffeney，S.L.、Cueva，J.G.、Glauser，D.A.、Doll，J.C.、Lee，T.H.C.、Montoya，M.、Karania，S.、Garakani，A.M.、Pruitt，B.L.和Goodman，M.B.（2011年）。Deg/enac而非trp通道是秀丽线虫伤害感受器的主要机械电传导通道。神经元，71（5），845-857。 [20] 乔瓦尼尼，F。；克诺尔，B。；吉田，M。；Buhry，L.，《can-in网络：海马自我维持θ振荡和记忆维持的生物启发模型》，海马，27，4，450-463（2017）·doi:10.1002/hipo.22704 [21] Goaillard，J.-M.和Marder，E.（2021）。神经元和电路弹性中的离子通道简并性、可变性和共变性。神经科学年度回顾，44。 [22] Goodman，M.B.、Hall，D.H.、Avery，L.和Lockery，S.R.（1998年）。有源电流调节秀丽线虫神经元的灵敏度和动态范围。神经元，20（4），763-772。 [23] 格雷，JM；希尔，JJ；巴格曼，CI，《秀丽隐杆线虫导航电路》，《国家科学院学报》，102，9，3184-3191（2005）·doi:10.1073/pnas.0409009101 [24] Hart，A.C.、Sims，S.和Kaplan，J.M.（1995）。秀丽线虫glr-1谷氨酸受体揭示的感觉模式突触代码。《自然》，378（6552），82-85。 [25] 海耶斯，S。；普拉特，WS；Rees，E。；Dahimene，S。；Ferron，L。；MJ欧文；海豚，AC，精神和神经疾病中电压门控钙通道的遗传破坏，神经生物学进展，134，36-54（2015）·doi:10.1016/j.神经生物学.2015.09.002 [26] 休斯，西南；科普，德国之声；托特，TI；威廉姆斯，SR；Crunelli，V.，所有丘脑皮层神经元都具有t型钙“窗口”电流，能够表达双稳态介导的活动，《生理学杂志》，517，3，805-815（1999）·doi:10.1111/j.1469-7793.1999.0805s。x个 [27] MJ Hurley；Dexter，DT，电压门控钙通道与帕金森病，药理学与治疗学，133，3，324-333（2012）·doi:10.1016/j.pharmthera.2011.11.006 [28] Izhikevich，E.M.（2007）。神经科学中的动力系统。麻省理工学院出版社。 [29] 江J.、苏Y.、张R.、李H.、陶L.和刘Q.（2022）。秀丽线虫肠道运动神经元在排便运动程序中产生同步动作电位。《自然通讯》，13（1），1-15。 [30] Jiménez Laredo，J.L.、Naudin，L.、Corson，N.和Fernandes C.M.（2022年）。一种从膜电位神经元记录中确定离子通道的方法。在进化计算的应用中，第15-29页。施普林格国际出版公司。 [31] Kamaleddin，M.A.（2021年）。神经系统的退化：从神经元的兴奋性到神经编码。《生物论文》，第2100148页。 [32] 神山，Y。；吴，SM；Usui，S.，棒状感光网络带通滤波特性的模拟分析，视觉研究，49，9，970-978（2009）·doi:10.1016/j.visres.2009.03.003 [33] Kilicarslan，I.、Zanetti，L.、Novelli，E.、Schwarzer，C.、Strettoi，E.和Koschak，A.（2021）。淘汰cav1。视网膜色素变性小鼠模型中的3l型钙通道。科学报告，11（1），1-12。 [34] 金德，堪萨斯州；Viswanath，V。；麦克弗森。；奎斯特，K。；胡，H。；Patapoutian，A。；Schafer，WR，秀丽隐杆线虫trpa-1在机械感觉中的功能，《自然神经科学》，10，5，568-577（2007）·doi:10.1038/nn1886 [35] Ko，马里兰州；刘，Y。；干燥器，SE；Ko，GY-P，视网膜光感受器中l型电压门控钙通道的表达受昼夜节律控制，神经化学杂志，103，2，784-792（2007）·文件编号：10.1111/j.1471-4159.2007.04816.x [36] 科赫，美国。；美国巴斯勒。；Brunner，M.，非点状神经元抑制小网络中的波动，生物控制论，62，1，75-81（1989）·doi:10.1007/BF00217662 [37] 德国库伦尼；刘，X-D；Hart，J。；马哈茂德，F。；波多里奇，WH；Barnes，S.，一氧化氮对视杆和视锥光感受器突触钙动力学的相互调节，神经生理学杂志，92，1，477-483（2004）·doi:10.1152/jn.00606.2003年 [38] Laurent，G。；Burrows，M.，蝗虫非刺突局部中间神经元和运动神经元的节段间输入分布，神经科学杂志，9，9，3019-3029（1989）·doi:10.1523/JNEUROSCI.09-09-03019.1989 [39] Laurent，G。；Burrows，M.，段间中间神经元可以通过对非激发的局部中间神经元的作用来控制蝗虫相邻节段的反射增益，《神经科学杂志》，9，9，3030-3039（1989）·doi:10.1523/JNEUROSCI.09-09-0303.1989 [40] 林赛，TH；蒂勒，TR；Lockery，SR，秀丽线虫中枢神经系统突触传递的光遗传学分析，《自然通讯》，2，1，1-9（2011）·doi:10.1038/ncomms1304 [41] Liu，P.，Ge，Q.，Chen，B.，Salkoff，L.，Kotlikoff，M.I.，&Wang，Z.-W.（2011）。秀丽线虫体壁肌细胞内全或单动作电位下离子流的遗传解剖。生理学杂志，589（1），101-117。 [42] 刘，P。；陈，B。；梅勒，R。；Wang，Z-W，反转录激活缝隙连接放大功能性混合电-化学突触的化学传递，《自然通讯》，8，1，1-16（2017） [43] 刘，Q。；霍洛佩特，G。；Jorgensen，EM，秀丽隐杆线虫神经肌肉接头处的分级突触传递，国家科学院学报，106，26，10823-10828（2009）·doi:10.1073/pnas.0903570106 [44] Liu，Q.、Kidd，P.B.、Dobosiewicz，M.和Bargmann，C.I.（2018）。秀丽线虫嗅觉神经元激发钙介导的全或单动作电位。细胞，175（1），57-70。 [45] 刘，X-D；Kourennyi，DE，四乙基铵对棒状光感受器中kx通道和模拟光响应的影响，生物医学工程年鉴，32，10，1428-1442（2004）·doi:10.1114/B:ABME.0000042230.99614.8d [46] Lockery，S.R.、Goodman，M.B.和Faumont，S.（2009年）。关于秀丽线虫神经元动作电位的首次报道尚不成熟。《自然神经科学》，12（4），365-366。 [47] 毛，B-Q；公共关系部麦克利什；Victor，JD，超极化激活电流在孤立视网膜神经元内在动力学中的作用，生物物理杂志，84，4，2756-2767（2003）·doi:10.1016/S0006-3495（03）75080-2 [48] Mayama，C.，《眼压和青光眼中的钙通道及其阻断剂》，《欧洲药理学杂志》，739，96-105（2014）·doi:10.1016/j.ejphar.2013.10.73 [49] Mellem，J.E.、Brockie，P.J.、Madsen，D.M.和Maricq，A.V.（2008）。动作电位有助于秀丽线虫的神经元信号传导。《自然神经科学》，11（8），865-867。 [50] Naudin，L.、Corson，N.、Aziz-Alaoui，M.、Jimenez-Laredo，J.L.和Démare，T.（2021）。秀丽隐杆线虫三种非突触神经元的建模。国际神经系统杂志，31（02），2050063。 [51] Naudin，L.、Jiménez Laredo，J.L.、Liu，Q.和Corson，N.（2022a）。系统生成具有泛化能力的生物物理详细模型，用于非突触神经元。《公共科学图书馆·综合》，17（5），e0268380。 [52] Naudin，L.、Laredo，J.L.J.和N.Corson。一个简单的非突触神经元模型。神经计算，34（10）：2075-21012022b·Zbl 1500.92015年 [53] Nicoletti，M.、Loppini，A.、Chiodo，L.、Folli，V.、Ruocco，G.和Filippi，S.（2019年）。秀丽线虫神经元的生物物理模型：awcon和rmd的单离子电流和全细胞动力学。《公共科学图书馆·综合》，14（7），e0218738。 [54] 奥哈根，R。；查尔菲，M。；Goodman，MB，秀丽隐杆线虫触觉受体神经元的mec-4 deg/enac通道传递机械信号，《自然神经科学》，8，1，43-50（2005）·doi:10.1038/nn1362 [55] O’Leary，T。；AC萨顿；Marder，E.，大数据集时代的计算模型，神经生物学的当前观点，32，87-94（2015）·doi:10.1016/j.co.b.2015.01.006 [56] 奥纳什，S。；Gjorgjieva，J.，《电路对扰动的稳定性揭示了内在和突触传导平衡中隐藏的变异性》，《神经科学杂志》，40，16，3186-3202（2020）·doi:10.1523/JNEUROSCI.0985-19.2020 [57] Publio，R。；奥利维拉，RF；Roque，AC，视网膜网络模型中使用的视杆感光器真实模型，神经计算，69，10-12，1020-1024（2006）·doi:10.1016/j.neucom.2005.12.037 [58] Ramot，D.、MacInnis，B.L.和Goodman，M.B.（2008年）。秀丽隐杆线虫中单个热感神经元的双向温度传感。《自然神经科学》，11（8），908。 [59] 罗伯茨。；Bush，BM，《无冲动神经元：它们对脊椎动物和无脊椎动物神经系统的意义》（1981年），剑桥大学出版社 [60] Sarpeshkar，R.，《模拟与数字：从电子学到神经生物学的外推》，神经计算，10，7，1601-1638（1998）·doi:10.1162/08997669830017052 [61] Schilardi，G.和Kleinlogel，S.（2021年）。健康和退化的光基因治疗小鼠视网膜中的两类功能性杆双极细胞。细胞神经科学前沿，15。 [62] DJ舒尔茨；戈亚拉德，J-M；Marder，E.，不同动物中确定的单个和电耦合神经元的可变通道表达，《自然神经科学》，9，3，356-362（2006）·doi:10.1038/nn1639 [63] 西尔弗斯坦，SM；德明，DL；JB Schallek；Fradkin，SI，《作为神经和精神病学生物标记物的视网膜结构和功能测量》，《神经精神病理学生物标记物》，2（2020年）·doi:10.1016/j.bionps.2020.100018 [64] 苏菲，W。；阿奇拉，S。；Prinz，AA，离子电导的协同变异支持口腔胃神经元的相位维持，计算神经科学杂志，33，1，77-95（2012）·Zbl 1446.92174号 ·doi:10.1007/s10827-011-0375-3 [65] Stutzmann，G.E.（2021）。聚光灯中的Ryr2钙通道我准备好了，阿尔茨海默医生！细胞钙，94102342。 [66] Supnet，C。；Bezprozvanny，I.，《阿尔茨海默病中细胞内钙的失调》，《细胞钙》，47，2，183-189（2010）·doi:10.1016/j.ceca.2009年12月14日 [67] Tong，X.、Ao，Y.、Faas，G.C.、Nwaobi，S.E.、Xu，J.、Haustein，M.D.、Anderson，M.A.、Mody，I.、Olsen，M.L.、Sofronew，M.V.等人（2014）。星形胶质细胞kir4。1离子通道缺陷导致亨廷顿病模型小鼠的神经元功能障碍。《自然神经科学》，17（5），694-703。 [68] Usui，S。；Ishihaiza，A。；神山，Y。；Ishii，H.，脊椎动物视网膜下部双极细胞的离子电流模型，视觉研究，36，24，4069-4076（1996）·doi:10.1016/S0042-6989（96）00179-4 [69] 范胡克，MJ；Nawy，S。；Thoreson，WB，脊椎动物视网膜神经元的电压和钙离子通道，视网膜和眼睛研究进展，72（2019）·doi:10.1016/j.preteyeres.2019.05.001 [70] 维拉，C。；苏普希兹，H。；康比，R。；Akyuz，E.，《阿尔茨海默病神经元稳态和神经变性途径中的钾通道：更新》，《衰老和发育机制》，185（2020）·doi:10.1016/j.mad.2019.11197 [71] Waldner，D.、Giraldo Sierra，N.、Bonfield，S.、Nguyen，L.、Dimopoulos，I.、Sauvé，Y.、Stell，W.和Bech-Hansen，N.（2018年）。先天性静止性夜盲症（csnb2a）cacna1f功能丧失模型中的锥体营养不良和异位突触发生。频道，12（1），17-33。 [72] 怀特，JG；索斯盖特，E。；JN汤姆森；Brenner，S.，《秀丽线虫神经系统的结构》，伦敦皇家学会哲学学报。B辑，生物科学，31411651-340（1986） [73] Williams，B.、Maddox，J.W.和Lee，A.（2021）。钙通道与视网膜功能和疾病。视觉科学年度回顾，8。 [74] 威廉姆斯，SR；Toth，TI；特纳，JP；休斯，西南部；Crunelli，V.，低阈值钙电流的“窗口”成分在猫和大鼠丘脑皮层神经元中产生输入信号放大和双稳态，《生理学杂志》，505，3，689-705（1997）·doi:10.1111/j.1469-7793.1997.689ba。x个 [75] Yanagi，M.、Joho，R.、Southcott，S.、Shukla，A.、Ghose，S.和Tamminga，C.（2014）。未经治疗的精神分裂症中含有Kv3.1的k+通道减少，抗精神病药物使其正常化。分子精神病学，19（5），573-579。 [76] 吉瓦州扎姆波尼；斯特里斯尼格，J。；Koschak，A。；海豚，AC，电压门控钙通道的生理学、病理学和药理学及其未来治疗潜力，药理学评论，67，4，821-870（2015）·doi:10.1124/pr.114.009654 [77] 张，L。；李，X。；周，R。；Xing，G.，钾通道的可能作用，大钾在精神分裂症病因学中的作用，医学假说，67，1，41-43（2006）·doi:10.1016/j.mehy.2005.09.055 [78] 张，L。；郑毅。；谢军。；Shi，L.，钾通道及其在帕金森病中的新作用，脑研究公报，160，1-7（2020）·doi:10.1016/j.brainesbull.2020.04.004 此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH 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