Hamowanie zwrotne i wolny upływ wapnia w

Hamowanie zwrotne i wolny upływ wapnia w

Hamowanie zwrotne i wolny upływ wapnia w
interneuronach PGN wyjaśniają zmiany spontanicznej
aktywności komórek wzgórzowych po deaktywacji kory
Czyli jak neurologia obliczeniowa i modelowanie
pomagają nam zrozumieć działanie układu
nerwowego
Wyniki doświadczenia nad wpływem kory na podkorowe
ośrodki drogi wzrokowej (Waleszczyk et al. 2005)
• Wpływ kory na aktywność ośrodków podkorowych - ciała
kolankowatego bocznego (LGN) i ciała okołokolankowatego
(PGN) - badano poprzez okresowe wyłączanie kory wzrokowej
za pomocą chłodzenia u kota.
Kobieta kot, droga wzrokowa
(Wikipedia, zmodyfikowane)
Wyniki doświadczenia nad wpływem kory na podkorowe
ośrodki drogi wzrokowej (Waleszczyk et al. 2005)
• Wpływ kory na aktywność ośrodków podkorowych - ciała
kolankowatego bocznego (LGN) i ciała okołokolankowatego
(PGN) - badano poprzez okresowe wyłączanie kory wzrokowej
za pomocą chłodzenia u kota.
• W wyniku deaktywacji kory
wzrokowej zaobserwowano:
– Spadek średniej aktywności
w komórkach LGN
– Wzrost średniej aktywności
w komórkach PGN
Kobieta kot, droga wzrokowa
(Wikipedia, zmodyfikowane)
Trudność w interpretacji wyników
• Opierając się na najpełniejszym i najbardziej prawdopodobnym
modelu połączeń wzgórza trudno o prostą interpretację
wyników ze względu na wzajemne hamujące połączenia
Cx
PGN
LGN
Duże kółka - komórki, małe kółka - synapsy.
Linia przerywana – połączenie zwrotne
Ret – siatkówka,
PGN – ciało okołokolankowate,
TCR – kom.przekaźnikowe ciała kolankowatego bocznego (LGN),
Int – interneurony LGN,
Cx – kora.
Int
Ret
Synapsa pobudzająca
Synapsa hamująca
Ahlsen et al., 1985
Model
• Jednokomórkowa reprezentacja populacji neuronów
• Punktowe komórki Hodgkin-Huxley zawierające
zidentyfikowane prądy (na podstawie literatury)
• 4 częstotliwości wejścia z siatkówki (10, 20, 40 i 83 Hz)
• 6 topologii (na podstawie literatury)
• Środowisko – Neuron 7.1
Badane topologie
Cx
LGN
PGN
Int
Ret
a.
b.
c.
Cx
PGN
LGN
Int
Ret
d.
e.
a. Prosta pętla wzgórzowo-korowa
c. model wg. Debay, Destexhe and Bal (2001)
e. model wg. Hillenbrand and van Hemmen (2001)
f.
b. model wg. Wörgötter et al. (1998)
d. model wg. Einevoll and Plesser (2002)
f. model wg. Ahlsen, Lindström and Lo (1985)
Wyniki
Firing rate (Hz)
• Tylko modele uwzględniające wzajemne hamowanie komórek
PGN otrzymujące pobudzenie LGN
30
z kory umożliwiały replikacje
25
wyników doświadczenia
20
15
10
5
Cx
0
Model II
Model III
Model IV
Model V
Model VI
PGN
PGN
20
Int
Firing Rate (Hz)
LGN
25
Ret
Kora aktywna
Kora nieaktywna
15
10
5
0
Model II
Model III Model IV
Model V
Model VI
Wyniki
• Odtworzenie wyników doświadczenia Waleszczyk et al. 2005,
było możliwe tylko dla wyższych częstotliwości badanego
wejścia z siatkówki
25
Firing rate (Hz)
20
15
10
5
0
10
40
20
Retinal input frequency (Hz)
83
LGN– cortical input present
LGN– cortical input eliminated
PGN – cortical input present
PGN – cortical input eliminated
Difference significant for PGN
Difference significant for LGN
Wyniki
• Potencjalny wpływ połączenia kora-PGN na reakcję komórek
LGN na depolaryzacje
20
18
PGN
LGN
Ret
Int
LGN mean firing rate (Hz)
Cx
16
14
12
10
-75
-50
-20
0
+20
+50
+75
Changes of the cortical input weight values [%]
Model VI
+100
Model VI with elimnated Cx-PGN connection
• W wyniku deaktywacji kory wzrokowej zaobserwowano:
– Spadek średniej aktywności w komórkach LGN
– Wzrost średniej aktywności w komórkach PGN
• Czyli:
– Zarówno w populacji komórek LGN jak i PGN były komórki, których aktywność:
• Wzrosła
• Pozostała bez zmian
• Lub spadła
Wyniki
• Zmiana tempa upływu wapnia jako możliwa przyczyna
zróżnicowanej odpowiedzi komórek na deaktywację kory
Wyniki
• Zmiana tempa upływu wapnia jako możliwa przyczyna
zróżnicowanej odpowiedzi komórek na deaktywację kory
Wyniki
• Zmiana tempa upływu wapnia w komórkach PGN jako
możliwa przyczyna zróżnicowanej odpowiedzi komórek na
deaktywację kory
Podsumowanie
• Wyników doświadczenia nie można wytłumaczyć prostym
spadkiem pobudzenia komórek wzgórza
• Odtworzenie wyników doświadczenia wymaga wzajemnego
hamowania komórek PGN pobudzanych przez korę
• Jednym z kluczowych czynników wpływających na odpowiedź
komórek na deaktywację kory może być zależność aktywności
komórek PGN od poziomu wapnia