Моделирование динамики нейро-глиальных ансамблей

• Автор: Рязанова, Людмила Сергеевна
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 195 с. : ил.

Оглавление

Список сокращений и обозначений

Введение
1 Математическое моделирование процессов передачи возбуждения в фрагменте ЦНС медицинской пиявки

1.1 Вводные замечания. Морфология ЦНС медицинской пиявки . .

1.2 Рнейрон

1.2.1 Нейрофизиологические данные

1.2.2 Уравнения модели.

1.2.3 Результаты тестирования модели Рнейрона

1.3 Инейрон .

1.3.1 Нейрофизиологические данные

1.3.2 Математическая модель нейрона.
1.3.3 Результаты тестирования математической модели
1.4 Баланс ионов калия и глутамата в межклеточном пространстве
1.5 Глион
1.5.1 Нейрофизиологические данные .
1.5.2 Уравнения модели.
1.5.3 Результаты тестирования математической модели
1.6 Моделирование синаптической передачи
кратковременных стимулов.
1.7 Трансляция длительных стимулов нейроглиальным ансамблем
1.8 Сводная таблица переменных и параметров
математической модели
1.9 Выводы по I Главе.
2 Эффекты синхронизации и передачи возбуждения в функциональных моделях нейронных и нейроглиальных ансамблей
2.1 Спонтанная iенерация и индуцированные шумом колебательные режимы в ансамблях нейронов с ионной связью
2.1.1 Модель .
2.1.2 Режимы синхронизации в ансамбле из двух нейронов с
ионной связью.
2.1.3 Индуцированные шумом режимы генерации
2.2 Передача возбуждения и синхронизация в моделях нейронов с подпороговыми колебаниями.
2.2.1 Резонансное возбуждение при синаптической связи . . .
2.2.2 Резонансные эффекты в ансамбле двух нейронов
2.2.3 Режимы генерации импульсов в обобщенной модели нейрона с подпороговыми колебаниями.
2.3 Функциональная модель нейроглиального взаимодействия . . .
2.3.1 Причинноследственные связи и механизмы глиальной
регуляции активности синапса.
2.3.2 Уравнения модели.
2.3.3 Тестирование модели быстрый и медленный каналы активации глиона.
2.3.4 Шаблоны отклика глионактивированного ностсинаптн
ческого нейрона
2.3.5 Поведение функциональной модели нейроглиального ансамбля под действием шума
2.4 Выводы по II Главе.
Заключение
Литература


В части исследования динамики ансамблей нейронов с ионной связью, предложено упрощенное модельное описание взаимодействия электрически активных клеток посредством модуляции концентрации калия в межклеточном пространстве. Исследованы основные свойства такого рода связи как в пейсмейкерном автоколебательном режиме нейронов, так и в возбудимом режиме при наличии флуктуаций. В части исследования резонаторных свойств нейронов, основное внимание было уделено процессу межнейронной передачи возбуждения посредством синаптической связи, а также изменениям в структуре распределения межспайковых интервалов для индуцированных шумом режимов генерации импульсов обобщенной моделью нейрона с подиороговыми колебаниями. Как обобщающий результат по исследованию простейших нейроглиальных систем, предложена функциональная модель трехкомпонентного синапса, имеющая значительно меньшую размерность, меньшее количество управляющих параметров и более простой вид нелинейностей, нежели количественная модель в первой главе диссертационной работы. Приведены результаты как тестовых вычислительных экспериментов, так и исследования основных динамических и стохастических режимов функционирования предложенной модельной системы. Материалы диссертации изложены на 7 страницах, содержат рисунков и список цитированной литературы из 7 наименований. На примере фрагмента нервной системы медицинской пиявки впервые предложена количественная математическая модель малого нейроглиального ансамбля, воспроизводящая особенности, присущие беспозвоночным. Отдельные структурные элементы разработанной модели также обладают существенной новизной. Так, впервые предложена и протестирована на соответствие экспериментальным данным математическая модель НеЫизнейрона, воспроизводящая параметры его электрической активности и характер реакции на стимулирующее воздействие. Впервые разработана математическая модель, учитывающее совместное действие двух различных путей активации выброса кальция в цитоплазму глиальной клетки. Впервые сформулирован и протестирован в рамках количественной математической модели механизм самоподдсрживающейся активации постсинаптического нейрона эффект долговременной потенциации, включающий как основное звено цепи причинноследственных связей, так и модуляцию межклеточной концентрации ионов калия. Впервые проведено систематическое исследование свойств взаимодействия нейронов посредством изменения внеклеточной концентрации калия. Выявлена дуальность свойств данного типа связи, ответственная за сосуществование различных режимов синхронизации и переходы между ними. Обнаружен новый эффект индуцированного шумом коллективного разряда нейронов в ансамбле и предложено его обьяснение. Впервые предложена функциональная модель трехкомпонентного синапса на качественном уровне, воспроизводящая пути активации и формирования отклика глиона быстрый и медленный. Положение 1. Долговременная потенциация иостснналтическото нейрона в малом нейрогли альном ансамбле беспозвоночных может быть обусловлена последовательностью процессов, образующих петлю положительной обратной связи и включающей модуляцию межклеточной концентрации ионов качия, деполяризацию глиальной клетки и потенциалзависимый рост концентрации кальция в ее цитоплазме, а также кальцийзависимый выброс глутамата в межклеточное пространство. Необходимым условием для реализации описанного механизма и одновременно принципиально важным отличием от случая нейроглиальных ансамблей позвоночных является наличие достаточной плотности потенциалзавнеимых кальциевых каналов на мембране глиальной клетки. Положение 2. Результат 1. Разработана количественная математическая модель фрагмента сегментарного ганглия медицинской пиявки, включающая описание процессов в четырех взаимодействующих структурных элементах, а именно, в Рнейроне, Янейроне, гигантской глиальной клетке, а также в межклеточном пространстве. Модель воспроизводит реперные физиологические показатели, а ее динамика находится в соответствии с доступными экспериментальными результатами. Результат 2. Предложена функциональная модель малого нейроглиального ансамбля трехкомпонентного синапса, допускающая учет различных механизмов активации и формирования отклика глиоиа.