Estimación de actividad sináptica durante oscilaciones neuronales
Autores: Vich, Catalina; Prohens, Rafel; Teruel, Antonio E.; Guillamon, Antoni
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Estimación de actividad sináptica durante oscilaciones neuronales
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Estudio
Conectividad cerebral
Conductancias sinápticas
Potencial de membrana
Neurona
Voltaje
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 27
Citaciones: Sin citaciones
En el estudio de la conectividad cerebral, una forma accesible y conveniente de revelar estructuras funcionales locales es inferir la traza temporal de las conductancias sinápticas recibidas por una neurona utilizando exclusivamente información sobre su potencial de membrana (o voltaje). Matemáticamente hablando, constituye un desafiante problema inverso: consiste en inferir parámetros dependientes del tiempo (conductancias sinápticas) a partir de las soluciones de un sistema dinámico que modela el voltaje de la membrana de la neurona. Se han propuesto varias soluciones para realizar estas estimaciones cuando la neurona fluctúa ligeramente dentro del régimen subumbral, pero existen muy pocos métodos para el régimen de disparo, ya que las oscilaciones de gran amplitud (que revelan la activación de dinámicas no lineales complejas) dificultan la adaptabilidad de las estrategias computacionales basadas en el subumbral (principalmente lineales). En un trabajo anterior, presentamos una prueba de concepto matemática que explota el conocimiento analítico de la función de período del modelo. Inspirados por la relevancia de la función de período, en este artículo la generalizamos proporcionando una estrategia computacional que potencialmente puede adaptarse a una variedad de modelos, así como a datos experimentales. Basamos nuestra propuesta en la curva de frecuencia versus conductancia sináptica, derivada de un estudio analítico de un modelo base, para inferir la conductancia sináptica real a partir de los intervalos entre disparos de la traza de voltaje registrada. Nuestros resultados muestran que, cuando las conductancias no cambian abruptamente en una escala de tiempo menor que el intervalo medio entre disparos, el curso temporal de las conductancias sinápticas se estima correctamente. Cuando ningún modelo base se ajusta a los datos, nuestra estrategia se puede aplicar siempre que se pueda construir experimentalmente una tabla adecuada. En conjunto, este trabajo abre nuevas vías para revelar la conectividad cerebral local en regímenes de disparo (no lineales).
Descripción
En el estudio de la conectividad cerebral, una forma accesible y conveniente de revelar estructuras funcionales locales es inferir la traza temporal de las conductancias sinápticas recibidas por una neurona utilizando exclusivamente información sobre su potencial de membrana (o voltaje). Matemáticamente hablando, constituye un desafiante problema inverso: consiste en inferir parámetros dependientes del tiempo (conductancias sinápticas) a partir de las soluciones de un sistema dinámico que modela el voltaje de la membrana de la neurona. Se han propuesto varias soluciones para realizar estas estimaciones cuando la neurona fluctúa ligeramente dentro del régimen subumbral, pero existen muy pocos métodos para el régimen de disparo, ya que las oscilaciones de gran amplitud (que revelan la activación de dinámicas no lineales complejas) dificultan la adaptabilidad de las estrategias computacionales basadas en el subumbral (principalmente lineales). En un trabajo anterior, presentamos una prueba de concepto matemática que explota el conocimiento analítico de la función de período del modelo. Inspirados por la relevancia de la función de período, en este artículo la generalizamos proporcionando una estrategia computacional que potencialmente puede adaptarse a una variedad de modelos, así como a datos experimentales. Basamos nuestra propuesta en la curva de frecuencia versus conductancia sináptica, derivada de un estudio analítico de un modelo base, para inferir la conductancia sináptica real a partir de los intervalos entre disparos de la traza de voltaje registrada. Nuestros resultados muestran que, cuando las conductancias no cambian abruptamente en una escala de tiempo menor que el intervalo medio entre disparos, el curso temporal de las conductancias sinápticas se estima correctamente. Cuando ningún modelo base se ajusta a los datos, nuestra estrategia se puede aplicar siempre que se pueda construir experimentalmente una tabla adecuada. En conjunto, este trabajo abre nuevas vías para revelar la conectividad cerebral local en regímenes de disparo (no lineales).