×

小脑深部核神经元开关转换模型:解读潜在的离子机制。 (英语) Zbl 1467.92012年9月

小脑深部核(DCNn)的神经元是小脑皮层和中枢神经系统其他部分之间的主要功能联系。因此,了解DCNn的电生理特性对了解小脑的整体功能至关重要。实验数据表明,DCNn可以在两种状态之间可逆切换:尖峰放电(F状态)和稳定去极化状态(SD状态)。我们引入了一种新的DCNn膜电响应的生物物理模型,以研究DCNn中已记录的电导之间的相互作用是如何产生这些状态的。在该模型中,F状态表现为极限环的等值线,即与SD不动点分支断开的周期解的闭环。这种分岔结构使模型能够再现由超极化电流脉冲触发的(mathrm{F}到mathrm})跃迁。该模型还再现了由阻断Ca电流引起的(mathrm{F}到text{SD})转变,并将这种转变归因于高阈值Ca电流的阻断。该模型表明,细胞内电流注入可以触发完全可逆的转变。低维简化模型的研究表明,电压依赖性钠电流对这些动力学特性具有显著影响。最后,该模型的模拟表明,生理性突触输入可能触发(mathrm{F}\leftrightarrow\mathrm})跃迁。这些转变可以解释令人困惑的观察结果,即连接的浦肯野细胞和DCNn的活性正相关,尽管前者抑制后者。

MSC公司:

92B20型 生物研究、人工生命和相关主题中的神经网络
92C05型 生物物理学
92立方37 细胞生物学
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] 利纳斯,R。;Muhlethaler,M.,体外脑干-小脑制剂中豚鼠小脑核细胞的电生理学,生理学杂志(伦敦),404241-258(1988)·doi:10.1113/jphysiol.1988.sp017288
[2] Jahnsen,H.,豚鼠小脑深部核团神经元的体外电生理特性,《生理学杂志》(Lond),372129-147(1986)·doi:10.1113/jphysiol.1986.sp016001
[3] 艾森曼,CD;Linden,DJ,大鼠小脑切片中深部核神经元的反弹去极化和自发放电模式的调节,神经生理杂志,821697-1709(1999)·doi:10.1152/jn.1999.82.4.1697
[4] 拉曼,IM;古斯塔夫森,AE;Padgett,D.,小脑核分离神经元的离子电流和自发放电,《神经科学杂志》,209004-9016(2000)·doi:10.1523/JNEUROSIC.20-24-09004.2000(文件编号:10.1523/JNEUROSIC.20-24-09004.2000)
[5] 郑,N。;Raman,IM,小脑核神经元自发放电和突触去抑制激活的钙电流,《神经科学杂志》,29,9826-9838(2009)·doi:10.1523/JNEUROSCI.2069-09.2009
[6] Pedroaren,CM,《支持抑制信号向体外自发放电的小脑核神经元尖峰输出转移的机制》,小脑,9,67-76(2010)·doi:10.1007/s12311-009-0153-1
[7] 斯图贝尔,V。;西北部舒尔蒂斯;安格斯·西尔弗(Angus Silver),R。;De Schutter,E。;Jaeger,D.,用小脑深部核细胞的数据驱动模型探索回弹放电中突触整合和异质性的决定因素,《计算神经科学杂志》,30,633-658(2011)·Zbl 1446.92177号 ·doi:10.1007/s10827-010-0282-z
[8] 库利,J。;道奇,F。;Cohen,H.,可兴奋膜模型的数字计算机解决方案,J Cell Comparat Physiol,66,99-108(1965)·doi:10.1002/jcp.1030660517
[9] Grimshaw,R.,《非线性常微分方程》(1990),牛津:Blackwell Sci。,牛津大学·Zbl 0743.34002号
[10] 哈萨德,BD;Shiau,LJ,Hodgkin-Huxley方程的孤立周期解,J Theor Biol,136267-279(1989)·doi:10.1016/S0022-5193(89)80163-8
[11] Rinzel,J。;Miller,RN,Hodgkin-Huxley方程稳定和不稳定周期解的数值计算,Math Biosci,49,27-59(1980)·Zbl 0429.92014号 ·doi:10.1016/0025-5564(80)90109-1
[12] Guttman,R。;刘易斯,S。;Rinzel,J.,控制乌贼轴突膜中的重复放电作为神经新生神经元的模型,《生理学杂志》(Lond),305377-395(1980)·doi:10.1113/jphysiol.1980.sp013370
[13] Perko,L.,微分方程和动力系统(1996),柏林:施普林格出版社,柏林·Zbl 0854.34001号 ·doi:10.1007/978-1-4684-0249-0
[14] 高克,V。;托曼,M。;Jaeger,D。;Borst,A.,小脑深部核神经元中低电压和高压激活钙电流的空间分布,《神经科学杂志》,21(2001)·doi:10.1523/JNEUROSCI.21-15-j0004.2001
[15] 沃马克,医学博士;Khodakah,K.,体细胞和树突状小电导钙激活钾通道调节小脑浦肯野神经元的输出,神经科学杂志,23,2600-2607(2003)·doi:10.1523/JNEUROSCI.23-07-02600.2003
[16] 奥尔巴马州霍奇金;赫胥黎,AF,《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》(Lond),117500-544(1952)·doi:10.1113/jphysiol.1952.sp004764
[17] 斯洛伐克苏哈卡;托本·尼尔森,B。;De Schutter,E.,小脑核神经元使用时间和速率编码来传输Purkinje神经元暂停,《公共科学图书馆·计算生物学》(2015)·doi:10.1371/journal.pcbi.1004641
[18] 阿夫沙里,FS;Ptak,K。;Khaliq,ZM;Grieco,TM;斯莱特,NT;McCrimmon,R。;小脑四类神经元的再生、RM、Na电流,神经生理学杂志,922831-2843(2004)·doi:10.1152/jn.00261.2004
[19] 拉曼,IM;Bean,BP,小脑浦肯野神经元钠电流的失活和恢复:两种机制的证据,生物物理学杂志,80,729-737(2001)·doi:10.1016/S0006-3495(01)76052-3
[20] 比利时麦凯;JE McRory;莫利纽克斯,ML;哈米德,J。;鼻塞,TP;赞波尼,GW;Turner,RW,Cav3 T型钙通道亚型在大鼠中枢神经元的体细胞和树突状细胞中分布不同,《欧洲神经学杂志》,242581-2597(2006)·文件编号:10.1111/j.1460-9568.2006.05136.x
[21] Czubayko,美国。;苏尔坦,F。;蒂尔,P。;Schwartz,C.,《以膜电位和细胞内填充物区分的大鼠小脑核内的两种神经元》,《神经生理学杂志》,852017-2029(2001)·doi:10.1152/jn.2001.85.2017年5月5日
[22] Chan-Palay,V.,小脑齿状核。组织、细胞学和传输器(1977年),柏林:施普林格,柏林·doi:10.1007/978-3642-66498-4
[23] Wassef,M。;西蒙斯,J。;塔帕兹,马里兰州;Sotelo,C.,小脑深核的非浦肯野细胞GABA能神经支配:C57BL和浦肯野细胞变性突变小鼠的定量免疫细胞化学研究,Brain Res,399125-135(1986)·doi:10.1016/0006-8993(86)90606-2
[24] Uusisaari,M。;Obata,K。;Knöpfel,T.,小脑深部核内GABA能和非GABA能细胞的形态和电生理特性,神经生理学杂志,97,901-911(2007)·doi:10.1152/jn.00974.2006
[25] 莫利纽克斯,ML;JE McRory;比利时麦凯;哈米德,J。;梅哈菲,WH;Rehak,R。;特异性、STP、T型钙通道亚型与小脑深部核神经元的不同爆发表型相关,美国国家科学院院刊,103,5555-5560(2006)·doi:10.1073/pnas.0601261103
[26] Hille,B.,《可兴奋膜的离子通道》(1992年),桑德兰:西瑙尔,桑德兰
[27] Genet,S。;Delord,B.,Purkinje细胞树突中平台电位和钙尖峰下非线性动力学的生物物理模型,神经生理学杂志,882430-2444(2002)·数字对象标识代码:10.1152/jn.00839.2001
[28] Lamont,M.,《小脑深部核的电生理分析,特别关注Kv3通道》,Biosci Horizons(2009)·doi:10.1093/biohorizons/hzp010
[29] JR Huguenard;McCormick,DA,《丘脑接力神经元节律振荡电流的模拟》,《神经生理学杂志》,68,1373-1383(1992)·doi:10.1152/jn.1992.68.4.11373
[30] JE McRory;桑蒂,CE;哈明,KSC;Mezeyova,J。;萨顿,KG;DL贝利伊;Stea,A。;Snutch,TP,大鼠脑T型钙通道家族的分子和功能表征,生物化学杂志,2763999-4011(2001)·doi:10.1074/jbc。M008215200号
[31] 郭士纳,W。;威斯康星州Kistler;诺德,R。;Paninski,L.,《从单个神经元到网络和认知模型的神经动力学》(2014),剑桥:剑桥大学出版社,剑桥·doi:10.1017/CBO9781107447615
[32] 鲁迪,B。;McBain,CJ,Kv3通道:设计用于高频重复放电的电压门控K^+通道,《神经科学趋势》,24,517-526(2001)·doi:10.1016/S0166-2236(00)01892-0
[33] 刘,PW;Bean,BP,Kv2通道对颈上神经节神经元和海马CA1锥体神经元动作电位复极和放电模式的调节,Neurosci杂志,349991-5002(2014)·doi:10.1523/JNEUROSCI.1925-13.2014
[34] 库切,W。;阿马里洛,Y。;Chiu,J。;Chow,A。;刘,D。;麦科马克,T。;莫雷诺,H。;纳达尔,M。;小泽一郎。;Pountney,D。;萨加尼奇,M。;Vega-Saenz de Miera,E。;Rudy,B.,K^+通道的分子多样性,纽约科学院,868233-285(1999)·doi:10.1111/j.1749-6632.1999.tb11293.x
[35] 威瑟,M。;布埃诺,E。;塞基恩贾克,C。;马萨诸塞州马顿;贝克,H。;希尔曼,D。;陈,S。;桑希尔,W。;Ellisman,M。;Rudy,B.,钾通道亚单位KV3.1b定位于特定CNS神经元群体的体细胞膜和轴突膜,《神经科学杂志》,15,4298-4314(1995)·doi:10.1523/JNEUROSCI.15-06-04298.1995
[36] TD赫尔顿;徐伟(Xu,W.)。;Lipscombe,D.,《神经L型钙通道开放迅速,抑制缓慢》,《神经科学杂志》,25,10247-10251(2005)·doi:10.1523/JNEUROSCI.1089-05.2005
[37] Destexhe,A。;Neubig,M。;Ulrich,D。;Huguenard,J.,丘脑中继细胞中的树突状低阈值钙电流,《神经科学杂志》,18,3574-3588(1998)·doi:10.1523/JNEUROSCI.18-10-03574.1998
[38] 斯米尔诺夫,V.,Cours de matheques supérieures。Tome 2(1979),莫斯科:和平号,莫斯科·Zbl 0402.0005号
[39] Dillon,PF,《生物物理学:生理学方法》(2012),剑桥:剑桥大学出版社,剑桥·doi:10.1017/CBO9781139035002
[40] Cronin,J.,《霍奇金-赫胥黎神经理论的数学方面》(1987),剑桥:剑桥大学出版社,剑桥·Zbl 0627.92005号 ·doi:10.1017/CBO9780511983955
[41] Rinzel,J。;Ermentrout,B。;科赫,C。;Segev,I.,《神经兴奋性和振荡方法分析》,神经建模(1989年)
[42] AL Hodgkin,《与非调制轴突重复动作相关的局部电变化》,《生理学杂志》(Lond),107,165-181(1948)·doi:10.1113/jphysiol.1948.sp004260
[43] Izhikevich,EM,神经科学中的动力学系统。《兴奋性和爆发的几何学》(2007),剑桥:麻省理工学院出版社,剑桥
[44] Avitabile,D。;Desroches,M。;Rodrigues,S.,《平衡等值线的数值延拓》,《国际分叉混沌》(2012)·Zbl 1258.65106号 ·doi:10.1142/S021812741250277X
[45] IS,Labouriau,《退化霍普夫分叉和神经冲动》,SIAM数学分析杂志,第16期,第1121-1133页(1985年)·Zbl 0594.92005号 ·doi:10.1137/0516083
[46] IS,Labouriau,退化霍普夫分叉和神经冲动。第二部分,《SIAM数学分析杂志》,20,1-12(1989)·Zbl 0687.58026号 ·数字对象标识代码:10.1137/0520001
[47] Bean,BP,脊椎动物细胞中钙通道的分类,《生理学年鉴》,51367-384(1989)·doi:10.1146/annurev.ph.51.030189.002055
[48] Fitzhugh,R.,Hodgkin-Huxley神经方程中的阈值和高原,《Gen Physiol杂志》,43,867-896(1960)·doi:10.1085/jgp.43.5.867
[49] Fitzhugh,R.,神经膜模型中的冲动和生理状态,生物物理学J,1445-466(1961)·doi:10.1016/S0006-3495(61)86902-6
[50] Rinzel,J.,《激励动力学:来自简化膜模型的见解》,《联邦公报》,44,2944-2946(1985)
[51] Jahnsen,H.,体外豚鼠小脑深部核团神经元的细胞外活化和膜电导,《生理学杂志》(Lond),372149-168(1986)·doi:10.1113/jphysiol.1986.sp016002
[52] 博姆,R。;乌埃贝尔,VN;伦格,JJ;Pedroaren,C.,T型钙通道阻滞抑制小脑核神经元突触抑制引发的反弹兴奋,神经生理学杂志,1062653-2661(2011)·doi:10.1152/jn.00612.2011年
[53] 格雷斯,AA;Bunney,BS,《通过反复服用氟哌啶醇诱导中脑多巴胺神经元去极化阻滞:使用体内细胞内记录进行分析》,《药物实验与治疗杂志》,2381092-1100(1986)
[54] Bianchi,D。;马拉斯科,A。;Limongiello,A。;马切蒂,C。;玛丽·H。;蒂洛齐,B。;Migliore,M.,《关于CA1锥体神经元放电动力学中去极化阻滞的机制》,《计算神经科学杂志》,33,207-225(2012)·Zbl 1446.92109号 ·doi:10.1007/s10827-012-0383-y
[55] 拉曼,IM;Bean,BP,分离的小脑浦肯野神经元中的复苏钠电流和动作电位形成,神经科学杂志,17,4517-4526(1997)·doi:10.1523/JNEUROSCI.17-12-04517.1997
[56] 通用电气公司施瓦兹,《估算模型的维数》,《Ann Stat》,第6期,第461-464页(1978年)·Zbl 0379.62005年 ·doi:10.1214/aos/1176344136
[57] CJ McDevitt;Ebner,TJ;Bloedel,JR,同时记录的Purkinje细胞和核神经元之间的关系,脑研究,425,1-13(1987)·doi:10.1016/0006-8993(87)90477-X
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 Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。