Influence of the electrotonic architecture on single neurons dynamics : a computational approach
Year: 2014
Type: dissertation
Abstract: Na presente dissertação, investigamos de forma sistemática a forma como a morfologia dendrítica subjaz as diferenças na atividade elétrica neuronal que estão na base da geração de potenciais de ação. De forma a atingir este objetivo desenvolvemos uma medida que quantifica as duas maiores fontes de variabilidade morfológica: métrica e topologia, e ainda outros componentes estruturais como canais iónicos. Baseado na nova medida, propomos um novo mecanismo de sincronização que relaciona a estrutura dendritica à modulação de currente axial que flui da árvore dendrítica até ao soma. Esta hipótese afirma que quanto mais simétrica a estrutura electrotónica da célula é, mais currente irá chegar ao soma das dendrites devido à sincronização obtida em virtude da simetria estrutural. De forma a testar a hipótese de sincronização foram simuladas duas experiências usando modelos multi-compartimentais computacionais de células de Purkinje, Piramidais e células do córtex Visual. Na primeira abordagem, as estruturas das células foram quantificadas utilizando a nova medida e depois comparadas com a quantidade de currente axial proviniente das dendrites que atingia o soma. Na segunda abordagem, os potenciais de voltagem são medidos ao nível do compartimento axo-somático de forma a se poder analisar se diferenças encontradas na condição axial induzem diferenças na atividade de spiking da célula. Os resultados apoiam a hipótese de sincronização, pois neurónios com estruturas electrotónicas com níveis de simetria mais elevados, exibem os níveis mais elevados de currente axial a chegar ao soma para o mesmo estímulo. As diferenças encontradas na condição axial correlacionaram-se com o tempo que os neurónios levaram a atingir um potencial de ação, com os neurónios mais simétricos a requerer menos tempo para o fazer. No entanto, diferenças significativas não emergiram nos padrões de potenciais de ação, mas estes resultados podem ser explicados por algumas limitações no protocolo de estimulação. Em suma, os nossos resultados mostram que a medida desenvolvida é uma alternativa promissora às abordagens morfométricas tradicionais, pois pode ser utilizada com confiança para quantificar diferenças estruturais, podendo ser aplicada a vários tipos de neurónios, providenciando uma ligação entre estrutura e função.
Author: André Ferreira Castro
Language: English
Subfield: Cognitive Neuroscience
Field: Neuroscience
Domain: Life Sciences
Open Access status: green
OpenAlex ID: W2243482665