Eine Frage zu Synapsen

Wir untersuchen laufende Simulationen des Nervensystems von C. Elegans. Die meisten Menschen glauben, dass das Nervensystem des Wurms Informationen durch abgestufte Potentiale und/oder Plateaupotentiale und nicht durch Aktionspotentiale codiert, wie dies beispielsweise in vielen Teilen des menschlichen Nervensystems der Fall wäre.

Wir planen, auf einer vom OpenWorm-Team erstellten NEURON-Simulation aufzubauen . Wir wollen sehen, wo wir Kanalmechanismen einbeziehen können, und vor allem, indem wir den Übergang von einem Spiking-Netzwerkmodell zu einem Modell vollziehen, das die obige Überzeugung widerspiegelt, dass C. Elegans keine Aktionspotentiale verwendet. Diese wollen wir dann mit an der Universität Wien erhobenen Daten vergleichen.

Nun, ich studiere Mathematik und dies ist ein Projekt für die Universität, daher bin ich hoffnungslos verwirrt von den neurowissenschaftlichen Büchern, die ich mir angesehen habe. Stattdessen hoffe ich, dass ihr mir bei meiner Frage helfen könnt. Betrachten Sie zur Erklärung das folgende Szenario in C. Elegans:

Angenommen, ich habe die Neuronen A und B, die durch eine Art Synapse verbunden sind. Neuron A wird durch eine Spannungsklemme stimuliert und erzeugt ein variierendes, abgestuftes Potential, das über einen längeren Zeitraum (z. B. 20 ms) anhält. Wie würde nun ein typisches Membranpotential von Neuron B aussehen, das man in dieser Situation erwarten würde? In Bildern:

Die obere Grafik zeigt das Membranpotential von Neuron A als Funktion der Zeit, die untere Grafik ähnlich für Neuron B.

Mir ist klar, dass dies eine etwas schlecht gestellte Frage ist, aber ich bitte nicht um eine detaillierte chemische oder biologische Erklärung des Prozesses, sondern um eine Heuristik, die als Ausgangspunkt für eine Simulation dienen kann. Falls diesbezüglich bereits etwas bekannt ist, wäre ich Ihnen dankbar, wenn Sie mich auf die Referenzen hinweisen könnten.

Die nächste Frage wäre dann, wie man das in NEURON implementieren könnte, das nur NetCon hat, um Netzwerke zu erstellen. Ich dachte, ich könnte eine künstlich simulierte Synapse verwenden, indem ich einen kleinen langen Zylinder mit mehreren Kompartimenten zwischen Neuronen zeichne und dann eine Verbindung vom Typ Gap Junction verwende, aber ich weiß wirklich nicht, ob das überhaupt Sinn macht.

Könnten Sie bitte klarstellen: Sie fragen "was wäre eine typische Reaktion der mit Neuron B verbundenen Synapse ", aber die Abbildung zeigt NEURON B und eine mV-Achse. Was ist mit synaptischer Stärke? hemmende vs. erregende Synapsen?
Vielen Dank für den Kommentar, ich habe die Frage bearbeitet. Ich meinte, wie das erwartete Membranpotential in einer solchen Situation aussehen könnte. Für die synaptische Stärke interessiere ich mich für beide Fälle (Für C Elegans wissen wir es nicht, aber es ist möglich, eine Schätzung vorzunehmen, deshalb interessiere ich mich für beide Fälle).

Antworten (1)

Gemäß dieser Forschungsarbeit von Lockary und Goodman ist das Ruhemembranpotential von C.Elegans zweifach, weil es ein abgestuftes Ruhepotential von -70 mV und -35 mV ist. Nach einer anfänglichen Aktivierung wird nach einer höheren Depolarisation ein Ruhepotential von -35 mV gehalten, sodass die anfängliche Depolarisation in Ihrem Diagramm etwas höher wäre und dann für etwa 60+ Sekunden auf -35 mV abfällt. Bei Beendigung oder Empfang eines hemmenden Signals fällt diese auf -70 mV. Ich sehe keinen Grund, warum das empfangende Neuron anders reagieren sollte, solange die Aktivierungsstärke ausreicht, um eine positive Depolarisation zu erzeugen. Wie von Izhaki in den Kommentaren erwähnt, spielt die Stärke der Synapsenverbindungen eine wichtige Rolle. Hier ist eine gute These zum Transfer zwischen Neutronen in C.Elgans, erklärt es auch die Methoden zur Untersuchung von Neutronen im Zentralnervensystem von C.Elegans und scheint zwei Aktivierungsmuster in Abhängigkeit von der angewandten Methode zu sehen. Nur wenige der Neutronen wurden in C. Elegans vollständig aufgezeichnet, daher ist es möglich, dass unterschiedliche Potentialmuster auftreten, Nervensysteme sind alles andere als homogen, Menschen scheinen mehr als einen Typ zu verwenden .

Ich kann im Moment nicht mehr als das antworten, da ich keine Zeit für die zusätzliche Lektüre habe, aber ich hoffe, dass dies zumindest nützlich ist.

Vielen Dank für die Referenzen, ich denke, die Implementierung von Plateaupotentialen in unserem Modell könnte zumindest interessant sein, es zu versuchen. Ich werde mir auch die Abschlussarbeit anschauen.
Die nächste Frage wäre, welche mathematischen Modelle existieren, die eher Plateaupotentiale als Aktionspotentiale erzeugen. Ich habe dies als separate Frage gepostet ( cogsci.stackexchange.com/q/13484/10893 ).
@Max Persönlich bin ich derzeit nicht besonders gut in der mathematischen oder rechnerischen Modellierung. Es wäre jedoch faszinierend zu wissen, wie sich diese Forschung entwickelt. Würde es Ihnen etwas ausmachen, eine Zusammenfassung zu posten, sobald Sie Ihre Ergebnisse erhalten haben?
Klar, ich soll sowieso eine Zusammenfassung des Projekts für die Uni schreiben.
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