Interações não lineares na arborização dendrítica de modelos de motoneurônios
Nonlinear interactions in the dendritic tree of motoneuron models
Rodrigues, Fábio Barbosa; Vieira, Marcus Fraga
http://dx.doi.org/10.4322/rbeb.2012.090
Rev. Bras. Eng. Bioméd., vol.26, n3, p.235-248, 2010
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Resumo
Este trabalho tem como objetivo verificar as diferenças funcionais
entre sinapses proximais e distais e investigar as interações não line
ares de ativações sinápticas em modelos de motoneurônios em con
dições passivas. Os modelos utilizados, implementados em C++
, são
uma versão expandida dos desenvolvidos por Vieira e Kohn (2005),
com uma arborização dendrítica mais detalhada: 5 ramos dendríti
cos equivalentes com 17 ou 19 compartimentos dendríticos cada um.
Testes verificaram as diferenças funcionais de sinapses que ocorrem
próximas ao soma e ao longo do dendrito além de avaliarem o grau
de não linearidade de resposta da arborização dendrítica para dife
rentes ativações sinápticas em diferentes sítios. As diferenças funcio
nais entre as sinapses proximais e distais foram avaliadas pela injeção
de senoides puras em diferentes compartimentos dendríticos. Os re
sultados mostraram atenuações mais intensas nas altas frequências e
frequência de corte mais baixas em compartimentos dendríticos mais
distantes do soma. As interações não lineares foram avaliadas apli
cando entradas sinápticas senoidais com frequências primas entre si,
em dois ou mais ramos dendríticos equivalentes simultaneamente e
em compartimentos dendríticos diferentes. O espectro de frequên
cia da corrente efetiva foi analisado, comparando a amplitude do
pico das distorções harmônicas e por intermodulação com o pico da
frequência fundamental de menor amplitude: quanto menores estas
diferenças maior o grau de não linearidade entre as ativações sinápti
cas em compartimentos dendríticos distintos. Os resultados sugerem
expressivo grau de não linearidade entre as entradas sinápticas nos
dendritos. Notouse que, em todas as situações, quando se variou a
condutância sináptica, maior foi o grau de não linearidade em relação
aos casos em que se variou a corrente sináptica, bem como entradas
sinápticas mais próximas eletrotonicamente apresentaram maior
grau de não linearidade em relação a entradas sinápticas isoladas
eletrotonicamente, o que sugere uma dependência do potencial de
membrana
Palavras-chave
Modelo de motoneurônio, Ativação sináptica, Não
linearidade sináptica
Abstract
The aim of this work was to verify the functional differences between proximal and distal synapses and to investigate the nonlinear interactions of synaptic activation in models of motoneurons in passive conditions. The models,
implemented in C++
, are an expanded version of that developed by Vieira and
Kohn (2005), with a more detailed dendritic arborization: five equivalent
dendrites with 17 or 19 dendritic compartments each one. Tests verified the
functional differences of synapses that occur close to the soma and along the
dendrite in addition to evaluating the degree of nonlinearity response from
dendritic arborization for different synaptic activation at different sites. The
functional differences between the proximal and distal synapses were evaluated by injection of pure sinusoids in different dendritic compartments. The
results showed severe attenuation at high frequencies and a lower cut-off
frequency in more distant dendritic compartments of the soma. The nonlinear interactions were evaluated by applying sinusoidal synaptic input at
prime frequencies with each other in two or more dendritic branches simultaneously and at different dendritic compartments. The frequency spectrum of
the effective current was analyzed by comparing the peak amplitude of harmonics and spurious rays with the peak amplitude of the fundamental frequency of smaller amplitude: the smaller these differences are, the greater the
degree of nonlinearity between the synaptic activation of distinct dendritic
compartments. The results suggest a high degree of nonlinearity between the
dendrites. In all situations was noted that when the synaptic conductance
was varied, the nonlinearities was greater in relation to the cases in which
the synaptic current was varied, and nonlinear summation is expected for
synapses located electrotonically close together in relation for electrotonically separated inputs, suggesting a dependence on membrane potential
Keywords
Motoneuron model, Synaptic activation, Synaptic nonlinearity.