ОСОБЕННОСТИ ОДНОВРЕМЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ВОЗБУЖДАЮЩИХ СИНАПТИЧЕСКИХ ТОКОВ НА НЕЙРОН С ДИФФЕРЕНЦИАЦИЕЙ ОТКЛИКА
Образец для цитирования:
Некоторые типы нейронов, например дофаминергические, норадренергические и серотонинергические, могут демонстрировать дифференциацию отклика на возбуждающие синаптические стимулы, то есть генерировать в ответ на эти стимулы качественно разные отклики. В частности, воздействие NMDA-тока обычно приводит к высокочастотной генерации (более чем в 5 раз по сравнению с тонической активностью), в то время как AMPA-ток не может приводить существенному увеличению частоты и при относительно небольших значениях силы тока подавляет активность нейрона. Поскольку оба тока вызываются глутаматными рецепторами, и, следовательно, в большинстве случаев активируются одновременно, в этой статье рассмотрен вопрос их одновременного воздействия на нейронную модель, обладающую дифференциацией отклика. Показано, что в зависимости от значений проводимостей AMPA и NMDA рецепторов возможно получение разных режимов нейронной активности (состояние покоя, низкочастотную или высокочастотную активность). Максимальная частота генерации достигалась при одновременном действии обоих синаптических токов. Дополнительный рост частоты, связанный с активацией AMPA-тока в дополнение к NMDA-току, может составлять до 20%. Таким образом, было установлено, что основной вклад в рост частоты дает NMDA-ток, а AMPA-ток способствует дальнейшему увеличению частоты. Динамический механизм такого синергетического действия синаптических токов проиллюстрирован с помощью эволюции фазового портрета модели.
1. Hajos M., Gartside S.E., Villa A.E., and Sharp T. Evidence for a repetitive (burst) firing pattern in a sub-population of 5-hydroxytryptamine neurons in the dorsal and median raphe nuclei of the rat // Neuroscience. 1995. Vol. 69, No 1. P. 189.
2. Muntoni A.L., Pillolla G., Melis M., Perra S., Gessa G.L., and Pistis M. Cannabinoids modulate spontaneous neuronal activity and evoked inhibition of locus coeruleus noradrenergic neurons // Eur J Neurosci. 2006. Vol. 23, No 9. P. 2385.
3. Wilson C.J. and Callaway J.C. A coupled oscillator model of the dopaminergic neuron of the substantia nigra // J. Neurophysiol. 2000. Vol. 83. P. 3084.
4. Hajos M., Sharp T., Newberry N.R. Intracellular recordings from burst-firing presumed serotonergic neurones in the rat dorsal raphe nucleus in vivo // Brain Res. 1996. Vol. 737, No 1–2. P. 308.
5. Richards C.D., Shiroyama T. and Kitai S.T. Electrophysiological and immunocytochemical characteristics of GABA and dopamine neurons in the substantia nigra of the rat // Neuroscience. 1997. Vol. 80. P. 545.
6. Overton P., Clark D. Burst firing in midbrain dopaminergic neurons // Brain Res. Reviews. 1997. Vol. 25. P. 312.
7. Morikawa H., Khodakhah K., Williams J. Two intracellular pathways medicate metabotropic glutamate receptor-induced Ca2+ mobilization in dopamine neurons // J. Neuroscience. 2003. Vol. 23. P. 149.
8. Deister C.A., Teagarden M.A., Wilson C.J., Paladini C.A. An intrinsic neuronal oscillator underlies dopaminergic neuron bursting // J Neurosci. 2009. Vol. 29. P. 15888.
9. Kuznetsov A.S., Kopell N.J., and Wilson C.J. Transient high-frequency firing in a coupled-oscillator model of the mesencephalic dopaminergic neuron // J. Neuro-physiol. 2006. Vol. 95. P. 932.
10. Oster A., Gutkin B.S. A reduced model of DA neuronal dynamics that displays quiescence, tonic firing and bursting // J. Physiol. Paris. 2011. Vol. 105, No 1–3. P. 53.
11. Ha J., Kuznetsov A. Interaction of NMDA Receptor and Pacemaking Mechanisms in the Midbrain Dopaminergic Neuron // PLoS ONE. 2013. Vol. 8, No 7. e69984.
12. Zakharov D.G., Kuznetsov A.S. A differentiation mechanism of neuron response on the excitable external signals // JEPT Letters. 2012. Vol. 95, No 11. P. 598.
13. Zakharov D.G., Kuznetsov A.S. A minimal model for a slow pacemaking neuron // Chaos, Solitons & Fractals. 2012. Vol. 45. P. 640.
14. Saal D., et al. Drugs of abuse and stress trigger a common synaptic adaptation in dopamine neurons // Neuron. 2003. Vol. 37, No 4. P. 557.
15. FitzHugh R. Impulses and physiological states in theoretical models of nerve membrane // Biophysical J. 1961. Vol. 1. P. 445.
16. Li Y.-X., Bertram R., and Rinzel J. Modeling N-methyl-D-aspartate-induced bursting in dopamine neurons // Neuroscience. 1996. Vol. 71. P. 397.
17. Christoffersen C.L., and Meltzer L.T. Evidence for n-methyl-d-aspartate and ampa subtypes of the glutamate-receptor on substantia-nigra dopamine neurons – possible preferential role for n-methyl-d-aspartate receptors // Neuroscience. 1995. Vol. 67, No 2. P. 373.
BibTeX
author = {Денис Геннадьевич Захаров and Дмитрий Владимирович Касаткин and Сергей Юрьевич Кириллов and Алексей Сергеевич Кузнецов },
title = {ОСОБЕННОСТИ ОДНОВРЕМЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ВОЗБУЖДАЮЩИХ СИНАПТИЧЕСКИХ ТОКОВ НА НЕЙРОН С ДИФФЕРЕНЦИАЦИЕЙ ОТКЛИКА},
year = {2015},
journal = {Известия высших учебных заведений. Прикладная нелинейная динамика},
volume = {23},number = {2},
url = {https://old-andjournal.sgu.ru/ru/articles/osobennosti-odnovremennogo-vozdeystviya-vozbuzhdayushchih-sinapticheskih-tokov-na-neyron-s},
address = {Саратов},
language = {russian},
doi = {10.18500/0869-6632-2015-23-2-47-56},pages = {47--56},issn = {0869-6632},
keywords = {нейрон,возбуждающие синаптические токи,AMPA,NMDA,дифференциация отклика.},
abstract = { Некоторые типы нейронов, например дофаминергические, норадренергические и серотонинергические, могут демонстрировать дифференциацию отклика на возбуждающие синаптические стимулы, то есть генерировать в ответ на эти стимулы качественно разные отклики. В частности, воздействие NMDA-тока обычно приводит к высокочастотной генерации (более чем в 5 раз по сравнению с тонической активностью), в то время как AMPA-ток не может приводить существенному увеличению частоты и при относительно небольших значениях силы тока подавляет активность нейрона. Поскольку оба тока вызываются глутаматными рецепторами, и, следовательно, в большинстве случаев активируются одновременно, в этой статье рассмотрен вопрос их одновременного воздействия на нейронную модель, обладающую дифференциацией отклика. Показано, что в зависимости от значений проводимостей AMPA и NMDA рецепторов возможно получение разных режимов нейронной активности (состояние покоя, низкочастотную или высокочастотную активность). Максимальная частота генерации достигалась при одновременном действии обоих синаптических токов. Дополнительный рост частоты, связанный с активацией AMPA-тока в дополнение к NMDA-току, может составлять до 20%. Таким образом, было установлено, что основной вклад в рост частоты дает NMDA-ток, а AMPA-ток способствует дальнейшему увеличению частоты. Динамический механизм такого синергетического действия синаптических токов проиллюстрирован с помощью эволюции фазового портрета модели. Скачать полную версию }}