Simulation der Burstaktivität des Neurons R15 in Aplysia: Rolle von ionischen Strömen, Calcium-Balance und modulatorischen Transmittern

Ein äquivalentes Schaltbildmodell des R15-Burst-Neurons in Aplysia wurde mit einem Fluidkompartimentsmodell kombiniert, was zu einem Modell führte, das Beschreibungen der meisten bekannten Membranionenkanäle in den Somata von R15 integriert und eine Ca2+ Balance an der Zelle bietet. 2. Ein spannungsaktivierter, calcium-inaktivierter Ca2+ Strom (bezeichnet als der langsame einwärtsgerichtete Strom ISI) war ausreichend, um Burstaktivität zu erzeugen, ohne andere calciumabhängige Ströme (wie einen unspezifischen Kationcurrent, INS, oder einen calciumaktivierten K+ Strom, IK,Ca) zu nutzen. Ferner konnten viele Merkmale eines typischen R15-Bursts simuliert werden, wie eine parabolische Variation im Interspike-Intervall, das depolarisierende Nachpotential (DAP) und die progressive Abnahme der Untertauchungen der Spikes während eines Bursts. 3. Die dynamische Aktivität von R15 wurde analysiert, indem zwei verschiedene zeitliche Bereiche charakterisiert wurden: die schnellen Dynamiken im Zusammenhang mit Aktionspotentialen und die langsamen Dynamiken, die mit niederamplitudigen Oszillationen von mehreren Sekunden („langsamen Wellen“) verbunden sind. Die langsamen Dynamiken wurden isoliert, indem die Na+-Leitfähigkeit (gNa) auf null gesetzt wurde, und dann mittels eines Gleichungssystems untersucht, das auf zwei Variablen reduziert wurde: intrazelluläre Konzentration von Ca2+ und Membranpotential. Der feste Punkt des Systems wurde an der Kreuzung der Nullklines für diese beiden Variablen lokalisiert. Eine Stabilitätsanalyse des festen Punktes wurde dann verwendet, um zu bestimmen, ob ein bestimmter Parameterensatz langsame Wellenaktivität erzeugen würde. 4. Wenn das reduzierte Modell langsame Wellenoszillationen für einen bestimmten Parametersatz mit gNa gleich null vorhersagte, wurde Burstaktivität für denselben Parametersatz im vollständigen Modell beobachtet, als gNa auf seinen Kontrollwert zurückgesetzt wurde. Für bestimmte Parametersätze mit gNa auf seinem üblichen Wert zeigte das vollständige Modell jedoch Burstaktivität aufgrund einer langsamen Oszillation, die durch die Aktivierung von INS durch Aktionspotentiale erzeugt wurde. Diese Oszillation ergab sich aus einer Interaktion zwischen den schnellen und langsamen Dynamiken, die das reduzierte Modell allein nicht vorhersagen konnte und die nicht beobachtet wurde, als gNa anschließend auf null gesetzt wurde. Wenn gNS ebenfalls auf null gesetzt wurde, verschwand diese Diskrepanz. (ZUSAMMENFASSUNG BISHER BEGRENZT AUF 400 WORTE)