A modeling approach on why simple central pattern generators are built of irregular neurons

• Processo: 15/10188-2
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Publicações científicas - Artigo
• Data de Início da vigência: 01 de junho de 2015
• Data de Término da vigência: 30 de novembro de 2015
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física
• Pesquisador responsável: Marcelo Bussotti Reyes
• Beneficiário: Marcelo Bussotti Reyes
• Instituição Sede: Centro de Matemática, Computação e Cognição (CMCC). Universidade Federal do ABC (UFABC). Ministério da Educação (Brasil). Santo André , SP, Brasil
• Assunto(s): Homeostase Caos (sistemas dinâmicos) Flexibilidade Robustez Publicações de divulgação científica Artigo científico
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: central pattern generators | Chaos | flexibility | homeostasis | robustness | Neurociência Computacional

Resumo

O Gerador de Padrão Central piloro crustáceo (CPG) é um circuito nervoso que endogenamente fornece padrões motores periódicos. Mesmo depois de cerca de 40 anos de estudos intensivos, a gênese ritmo não está ainda rigorosamente compreendida, principalmente porque é feito de neurônios com atividade intrínseca irregular. Usando modelos matemáticos abordamos a questão da utilização de elementos irregulares para compor uma rede que gera oscilações primordialmente periódicas. Mostramos algumas vantagens da utilização de neurônios não-periódicos com comportamento intrínseco na transição entre rajadas e disparos tônicos (como encontrado em CPGs pilóricos biológicos) como componentes da rede. Foram estudados modelos com dois e três neurônios e CPGs construídas tanto com modelos de neurônios do tipo Hindmarsh-Rose como baseados em condutâncias do tipo Hodgkin-Huxley. Alterar parâmetros da dinâmica intrínseca dos modelos neurais, passando de um comportamento de rajadas para um comportamento tônico neurônio, passando por uma transição, onde foi observado um comportamento irregular. CPGs compostos por dois neurônio foram obtidos (HCO), para cada comportamento intrínseco dos neurônios, acoplando-os com a inibição sináptica simétrica mútua. A maioria destes HCOs apresentou atividade em antifase regular e as alterações das frequências de rajadas foi estudada como uma função da intensidade do acoplamento sináptico inibitório. Dentre todos HCOs, aqueles feitos de neurônios intrinsecamente irregulares apresentaram uma faixa de frequência de rajadas mais ampla, mantendo um comportamento oscilatório normal. HCOs de neurônios periódicos tendem a ser difíceis de mudar o seu comportamento com variações força sináptica (neurônios com rajadas lentas) ou incapaz de executar um ritmo fisiologicamente significativo (neurônios tônicos). Além disso, CPG 3 de neurônios com conectividade e saída semelhantes às do CPG pilórica apresentou os mesmos resultados. (AU)