底丘脑核神经元数学模型：特征活动模式与分岔分析
神经元与认知
2024-07-02 v1 生物物理
摘要
底丘脑核（STN）在帕金森病的基底节病理生理中具有重要作用。STN 细胞在瞬时或持续超极化下产生爆发节律的能力，可能是帕金森病中观察到的过度同步 beta 节律的基础。在本研究中，我们建立了基于电导的 STN 神经元单房室模型，该模型能够产生实验中观察到的特征活动模式，包括超极化诱导爆发与抑制后反跳爆发。本研究聚焦于三种电流在节律生成中的作用：T 型钙（CaT）电流、L 型钙（CaL）电流和超极化激活环核苷酸门控（HCN）电流。为探究这些电流在节律生成中的作用，我们利用这些电流中的慢变量进行了分岔分析。分岔分析表明，HCN 电流促进单尖峰活动模式而非爆发，与实验结果一致；并表明 CaT 电流是特征爆发活动模式所必需的，尤其使 STN 神经元能在超极化刺激下产生这些活动模式。CaL 电流丰富并强化了这些特征活动模式：在超极化诱导爆发或抑制后反跳爆发中，CaL 电流使 STN 神经元能够产生长爆发模式。因此，分岔分析解释了 CaT 与 CaL 电流的协同相互作用，使 STN 神经元能以显著方式响应超极化刺激。本研究结果提示了 CaT 和 CaL 电流在帕金森病基底节病理生理中的重要性。
引用
@article{arxiv.2110.10229,
title = {Mathematical model of subthalamic nucleus neuron: characteristic activity patterns and bifurcation analysis},
author = {Choongseok Park and Leonid L. Rubchinsky and Sungwoo Ahn},
journal= {arXiv preprint arXiv:2110.10229},
year = {2024}
}